大坝浇筑质量检测分析

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［摘要］文章以辽宁双龙水电站为例，对基于SASW方法的CSGR大坝浇筑质量检测进行研究，认为在CSGR大坝施工过程中，可以先利用文中的方法进行浇筑面R波波速的快速测试，对波速明显偏低的测点部位，进行表面密度取样实测，即可较为准确的掌握整个浇筑坝段的碾压密实程度，进而提高施工质量。

［关键词］SASW法；CSGR大坝；浇筑质量检测

1项目概况

拟建中的双龙水电站,位于辽宁省宽甸满族自治县太平哨镇二龙渡村境内，在已建成的高龙泡水电站下游，为典型的河床式水电站。双龙水电站大坝为CSGR大坝，坝顶高程为160.0m，最大坝高56.0m。

2SASW检测法的基本原理

SASW检测法属于一种地震波测试分析方法，最初由美国工程地质学家Nazarian和Stoke于1986年提出[1][2]。该方法最初主要用于土层以及路面剪切波的传播特性，进而确定土层和路面的地质环境情况，以后逐步扩大应用范围，被广泛用于混凝土检测。SASW检测法的基本原理是在被测对象的表面施加一个瞬时性的激振，在实践操作中多采用冲击锤敲击的方式产生[3]。由于激振的作用，可以在被测对象内部产生包括P波、S波和R波在内的不同频率的弹性波[4]。其中，不同频率的R波，可以相互叠加性在被测对象的表面传播。然后，利用两通道和多通道的传感器对接受到的不同频率的R波进行频谱分析，并对不同频率的波进行有效分离，进而计算获得每个频率R波的波速和频散曲线[5]。其具体步骤如下：第一步，根据检测布置，获得两通道传感器接收到的数字信号；第二步，利用MATLAB对上述数字信号进行互功率谱分析，获取测试相位谱；第三步，对上一步获得的相位谱进行分析，选择出具有代表性的相位谱；第四步，生成频散曲线。

3检测方案和测点布置

2018年3月5日至6日，利用SASW方法对双龙水电站大坝的试验浇筑段进行检测。该浇筑段的平面尺寸为长80.0m，宽40.0m。因此，沿着浇筑段长度方向进行检测线的布置，相邻检测线的间距设定为2.0m，总条数为3条，其中每条检测线上以3.5m间隔布设十个测点，每个测点以间距为0.5m设置4道传感器。在传感器布置过程中，加速度传感器可以直接按压到浇筑好的坝体表面，但是务求紧密贴合，以保证耦合效果。激振点与近端传感器的距离设置为1.0m为宜，也就是相邻两道传感器之间的0.5m距离的两倍左右。这样设置的主要目的是基于R波能量大，但是传播速度慢的主要特点，实现R波、P波和S波的有效分离[7]。在检测过程中，每个测点进行四次采样，参数采样的频率为20kHz，采样的总点数为4096。

4SASW检测结果分析

在该段大坝进行碾压施工结束1d后，设置的三条测线，共30个测点利用SASW法进行检测。在利用利用MATLAB对上述数字信号进行互功率谱分析，获取测试相位谱过程中，为了避免信号干扰对分析结果造成不必要的负面影响，分别对不同通道之间的各组数字信号进行分析，并得到与之对应的相位谱，并将受到干扰最小的相位谱生成的频散曲线，作为检测的最终结果。根据相关学者对R波穿透深度的理论和实践研究成果，泊松比为0.35以下的新浇筑CSGR材料的R波穿透深度，一般为其波长的75%[8]。在最终的频散曲线上，研究中应该重点关注波长为0.5m的R波的波速，因为这一波长的R波的穿透深度约为0.4m，与该段大坝的CSGR层面的厚度基本一致。所以，0.5m处的波速值即可作为全部浇筑层内的R波波速的平均值，进而间接反映该测点部位的材料压实度。对上述30个测点的检测获得的相位谱和频散曲线进行分析，可见这些测点的相位谱在低频测领域存在比较明显的干扰。因此常常造成第一相位循环的畸变乃至不完全，进而对频散曲线的判读造成影响。上述现象在材料终凝前表现尤为明显。究其原因，主要是上层新铺设的材料和下部已经完全硬化的材料之间，存在一个完全不相容的分离界面，这必然会对沿着平面进行传播的R波，造成较大的干扰。鉴于此，这次研究中主要选择波长为0.5m的R波进行研究，以尽量避免或减少上述影响，是检测结果本身更具有代表性。基于上述检测思路，获各测点的R波的波速测试结果。从结果可以看出，在静碾2遍之后，全部30个测点的R波的波速平均值为133.5m/s，在经过6遍振动碾压以后，这一数值提高到了154.0m/s，增加了约15%左右。但是，在材料终凝之后，R波的波速数值增加比较明显，在1d龄期时这一数值达到了319.0m/s，进一步提升了100%以上。同时需要指出的是，受到项目区气候特征的影响，测试时的施工项目区气温偏低，晚上的气温甚至接近0℃，因此对水泥的水化过程具有较大的延缓作用，不然波速的增加应该更为迅速。对于研究中比较关注的6遍振动碾压后的情况，全部30个测点的R波波速的平均值为154.0m/s，均方差为24.7MPa，其中最大值为218m/s，最小值为108m/s。由此可见，在6遍振动碾压后，浇筑面上的R波波速分布具有一定的离散性。究其原因，主要是材料自身的不均匀性以及铺摊过程中的不均匀性造成的。所以，在CSGR材料新浇筑完成后尚未硬化前的R波的波速是比较低的，这与其他研究获得的结论基本一致。

5结论

1）静碾2遍之后，R波的波速平均值为133.5m/s，在经过6遍振动碾压以后，这一数值提高到了154.0m/s，增加了约15%左右。在1d龄期时这一数值达到了319.0m/s，进一步提升了100%以上。2）6遍振动碾压后R波波速的平均值为154.0m/s，均方差为24.7MPa，浇筑面上的R波波速分布具有一定的离散性。3）对6遍振动碾压后典型测点进行取样实测表面密度，结果显示，当R波的波速大于140m/s，材料的表面密度可达到2.56g/cm3，完全满足设计要求。4）在今后的施工过程中，可以先利用文中的方法进行浇筑面R波波速的快速测试，对波速明显偏低的测点部位，进行表面密度取样实测，这样即可较为准确的掌握整个浇筑坝段的碾压密实程度，进而提高施工质量。

作者:薛闯 单位:辽宁水利土木工程咨询有限公司