浅谈风机基础混凝土无损检测技术的应用

王忠辉

(中国水电顾问集团崇阳新能源有限公司，湖北咸宁437500)

0 引 言

近年来，我国陆上风机塔筒高度越来越高，有90～130多米不等，国内最高柔性塔筒高度已经达到141 m。如此高的风机需要足够刚度和强度来满足安全要求，这就要是依靠体积庞大的钢筋混凝土基础来固定风机，风机基础承受上部风机及塔筒传来的荷载。风机基础在混凝土施工浇筑过程中，其内部可能出现蜂窝、孔隙或裂缝等缺陷，风机基础施工质量的好坏直接影响风机运行安全。如何对风机基础混凝土施工质量作一个全面客观的评价是业主 、监理和施工三方都十分关注的问题。混凝土施工质量的常用检测方法有钻芯法、拔出法、探地雷达扫描成像、声波法、回弹法和超声回弹综合法等。钻芯法、拔出法属于局部破损或半破损检测方法，采用该类检测方法时会破坏混凝土结构；探地雷达扫描成像 、声波法 、回弹法和超声回弹综合法等为无损检测方法，采用该类检测方法时不会破坏混凝土结构。无损检测技术具有直接、快速、灵活等优点，在工程中已得到广泛应用。

1 无损检测原理

无损检测是利用物质的声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷大小、位置、性质和数量等信息。与破坏性检测相比，无损检测有以下特点。一是具有非破坏性，在做检测时不会损害被检测对象的使用性能；二是具有全面性，由于检测是非破坏性，因此可对被检测对象进行100%的全面检测；三是具有全程性，破坏性检测一般只适用于对原材料进行检测，如机械工程中普遍采用的拉伸、压缩、弯曲等，破坏性检验都是针对制造用原材料进行的，对于成品和在用品，除非不准备让其继续服役，否则是不能进行破坏性检测的，而无损检测因不损坏被检测对象的使用性能。因此，无损检测不仅可对制造用原材料、各中间工艺环节、直至最终产成品进行全程检测，也可对服役中的设备进行检测[1-2]。

2 工程实例

某风电场的总装机规模为54 MW，设计安装27台单机容量为2 000 kW的风力发电机组，风机基础采用重力扩展式锚栓基础，采用C40混凝土，肋梁基础底板直径17.8 m，厚0.55 m；基础台柱直径6.8 m，高3.7 m；肋梁有8个，肋梁宽1.2 m、高1.4～2.3 m；沿基础底板外缘布置一圈环梁，环梁宽0.5 m、高1.0 m；基础总高度3.7 m，基础埋深为3.5 m(见图1)。单个基础混凝土方量为330.9 m3。

图1 肋梁基础外形及尺寸示意(单位：mm)

工程项目于2019年5月开工，8月13日开始风机基础混凝土浇筑施工，因项目是首次采用重力扩展式锚栓基础，为了能更好的了解锚栓基础的浇筑质量，建设和监理单位提出了对浇筑龄期已满30 d的5台风机基础进行混凝土质量全面检测。为了避免检测的盲目性，决定开展物探普查，应用探地雷达和超声回弹综合法进行混凝土浇筑质量和混凝土的强度检测，检查混凝土质量是否满足规范要求。

3 现场测试方法

根据测试目的和实际物性条件，钢筋混凝土无损检测采用瑞典生产的RMAC/GPR探地雷达，距离触发，超声回弹综合法强度检测采用RSM-SY6型基桩声波检测仪。由于探测区域的形状和表面情况的限制，根据风机基础特点，沿顺时针方向布置探地雷达测试剖面，天线由测距轮引导从上到下部向上移动连续采集，风机基座布置测线34条，如图2所示；测线均布置在钢筋间距相对较大的区域。超声回弹综合法强度检测按上、中、下位置随机选取。

图2 风机基础检测部位示意

3.1 测试数据分析

探地雷达图形常以脉冲反射波的波形来记录，以波形或灰度显示雷达探测剖面图。由于混凝土介质相当于一个复杂的滤波器，介质对波的不同程度的吸收以及介质的不均匀性质，使得脉冲到达接收天线时，波幅减小，波形变得与原始发射波形有较大的差异。另外，不同程度的各种随机噪声和干扰，对实测数据也有影响。因此，必须对接收信号实施适当地处理，以改善资料的信噪比，为进一步分析解释提供清晰可辨的图像[3-4]。

超声回弹综合法[5]是指采用超声仪和回弹仪，在混凝土构件同一测区分别测量声音和回弹值，然后利用已建立起的强度检测公式推算测区混凝土抗压强度。

3.2 缺陷判定

根据探地雷达电磁波的反射原理可知，当混凝土均匀、质量较好而不存在缺陷时，只能在混凝土界面与钢筋界面上形成反射波。反射波的强度与2种介质的波阻抗差异有关，若差异较大，会形成较明显的反射现象；反之，反射现象较弱。当混凝土与骨架结合部位有脱空缝时，由于脱空缝中多以空气充填，充填物与混凝土的波阻抗差异较大，会形成较强的反射现象。

当混凝土内部存在蜂窝、空洞等缺陷时，一般情况下缺陷体内充填物多以空气为主，其波阻抗远远小于混凝土的波阻抗，因此在这些缺陷部位会发生较强的反射和散射现象。当混凝土中存在不均匀体时，与周围均匀、密实的混凝土形成波阻抗差异，在不均匀处也能形成反射现象，但这种反射较前者要弱。混凝土内部缺陷形态和体积各不相同，分布范围不连续，而且分布位置深浅不一，因此，在雷达探测剖面图中反映为反射波位置不连续，呈间断出现、反射信号能量大小不一等特征[6-7]。

混凝土施工质量检测的雷达反射波剖面如图3所示。图3a为合格的钢筋混凝土结构，混凝土内部钢筋反射波显示清晰。若混凝土局部钢筋保护层薄，图像上将会产生强反射雷达波信号，典型特征波如图3b所示。若局部雷达图像同相轴杂乱，表明混凝土密实性差、孔隙率大，浇筑质量较差，典型特征波如图3c所示。若混凝土局部存在脱空现象，典型特征波如图3d所示。

图3 典型雷达反射波剖面示意

3.3 检测结论与建议

通过对探地雷达检测数据的整理和分析可知，混凝土质量合格，波形无明显畸变，混凝土内部有缺陷时，波形明显发生畸变，畸变位置可以反应出混凝土中缺陷的位置。通过超声回弹综合法检测数据，可以推算出混凝土抗压强度满足设计要求。

在混凝土浇筑施工中，根据风机基础的特点和浇筑工程量、机械设备、劳动力组织、浇筑顺序等，有序开展混凝土浇筑，保证混凝土浇筑的连续性。对钢筋密集的部位，要制订相应的技术措施，确保顺利布料和振捣密实。在浇筑时要经常观察，如出现混凝土不密实现象，要采取措施。

利用超声回弹综合法进行混凝土强度检测时，应在混凝土构件上均匀布置测区，每个构件上测区数量不应少于10个，相邻两个测区的间距不宜大于2 m，测区应避开钢筋密集区，预埋件测试面应保持清洁、平整、干燥，不应有接缝、施工缝、饰面层、浮浆和油垢，并应避开蜂窝、麻面部位。必要时，可用砂轮片清除构件表面杂物和磨平不平整处，擦净残留粉尘。

4 结 语

无损检测技术经过多年发展，已被证明是一种有效的混凝土质量检测方法，通过探地雷达和超声回弹综合法对风机基础混凝土施工质量进行检测，可以较全面的了解施工质量，为取芯检测提供依据。相比其他检测方法，探地雷达和超声回弹综合法能够直观的检测出空洞、蜂窝和松散等缺陷，较快得出混凝土强度值，具有检测时间短、精度高、检测方便等优点，使用前景广阔。但是，在应用探地雷达和超声回弹综合法检测混凝土质量和混凝土强度时，需根据雷达图像和超声波形来识别混凝土的质量缺陷和强度，这是无损检测技术性较强的工作，对技术人员要求较高，现场测试人员应与有经验的专业人员配合进行综合判断，以提高检测工作的准确性。