对混凝土大坝难以接近区域的检查

2019-01-09美国EvanKopelsonMikeLikavec

大坝与安全 2018年5期

美国·Evan Kopelson，Mike Likavec

（1.Vertical Access有限责任公司；2.普捷湾能源公司）

1 简介

从2015年开始，Vertical Access有限责任公司与普捷湾能源公司合作，对两座混凝土大坝进行了工况评估，这两座大坝是贝克河水电项目的组成部分。下贝克大坝是一座混凝土重力拱坝，建于1925年，位于华盛顿州混凝土镇附近的斯卡吉特县。下贝克大坝坝高285英尺（86.868 m），坝顶长度550英尺（167.64 m）。下贝克大坝坐落于贝克河上，位于与斯卡吉特河汇合处上游约1英里（1.61 km）处。大坝拦蓄了香农湖的水，库面区域2 278英亩（9.219 km2）。上贝克大坝于1959年竣工，是一座混凝土重力坝，位于霍特康县贝克河与斯卡吉特河交汇处上游。上贝克大坝坝高312英尺（95.09 m），坝长1 235英尺（376.43 m），顶部有一条公共道路通过。上贝克大坝拦蓄了贝克湖，库面占地4 980英亩（20.15 km2）。每座大坝都有自己的水力发电站，总装机为200 MW。

图1 下贝克大坝Fig.1 Lower Baker dam

图2 上贝克大坝Fig.2 Upper Baker dam

2 检查

2015年，普捷湾能源公司与Vertical Access有限责任公司对下贝克大坝的下游面和侧防护墙、对上贝克大坝的溢洪道泄槽和导流墙进行了工况检查。2016年，继续对上贝克大坝的混凝土面板进行了检查，在这些区域，混凝土被浇注在溢洪道泄槽下方裸露的岩面上。检查的主要目的是对混凝土表面的现有工况进行评估，以制定监测变化和进行维护、维修优先排序的原则。

以前对大坝的检查主要是从各种不同的有利位置对其进行目视检查，由于无法接近，不可能进行彻底的检查。2015年进行的检查是使用工业绳索技术进行的，尽可能接近目标物。一般来说，绳索技术工作人员悬挂在一根被称为“工作定位线”的绳索上，然后用另一条“坠落保护线”作为支撑。现场特定的索具系统中，融合了非手动的下降控制和坠落保护装置，以及行业特定的爬升和悬挂吊带。索具是柔性的，且重量不大，因此可轻易地从一个地方转移到另一个地方。Vertical Access有限责任公司派出了3名技术人员，下贝克大坝的现场检查工作耗时4 d，包括设备和工具的运送，上贝克大坝的溢洪道检查耗时1.5 d。2016年，上贝克大坝的混凝土墙检查，3名技术人员耗时2 d。Vertical Access有限责任公司的技术人员是经第三方——专业绳索技术员协会（Society of Professional Rope Access Technicians，SPRAT）认证过的工业绳索技术使用的工作人员。

图3 下贝克大坝绳索技术员Fig.3 Rope access technicians at lower Baker dam

图4 上贝克大坝绳索技术员Fig.4 Rope access technician at upper Baker dam

3 记录

一旦到达大坝或溢洪道表面，技术人员就利用TPAS直接数字转换系统，对现有工况进行记录，该系统可用于平板电脑注释系统。TPAS是AutoCAD的一个附加软件，由Vertical Access有限责任公司为进行工况调查而开发。利用该系统，在大坝的高程视图上绘制出混凝土裂缝和破损等值得注意和具有代表性的工况。点云激光扫描生成的二维效果图被用作下贝克大坝的背景图，上贝克大坝溢洪道则采用原设计图扫描版作为背景图。这两种背景图都被插入AutoCAD中，以便使用TPAS记录工况。

TPAS有几个特点，可使调查信息的收集和信息分析更有效。其中一个特点是调查照片的管理。就每种工况拍摄的照片都被超链接到带注释的绘图中，并自动用为项目定制的文件名对其进行重命名。通常，文件名包含与AutoCAD绘图对应的该工况位置的X-Y坐标、材料类型和工况缺陷及对应年份。

图5 AutoCAD制图中打开图片超链接Fig.5 Opened photograph from hyperlink in AutoCAD drawing

TPAS的另一个特点是在记录工况时自动计算长度和区域。在调查期间，使用预先定义的工况块函数库。这些块函数库包括每种工况的特性，包括破裂的大小、裂缝的长度和宽度，以及长期受生物生长、风化或其他污染影响的区域。当在AutoCAD的背景图中绘制裂缝时，绘制的裂缝长度将自动插入到特定裂缝的属性字段中。在调查期间收集的数量信息，无论是通过该自动过程还是人工收集，都可以从AutoCAD中导出到电子表格或数据库中进行进一步分析，或者帮助进行修复的优先级别排序。

图6 在破裂注释中显示属性字段的块Fig.6 Block showing attribute fields in spall note

图7 块属性框Fig.7 Block attribute box

TPAS的第三个特点是AutoCAD绘图中的分层管理，其使TPAS能更高效地收集和分析调查信息。在AutoCAD中，每种工况类型都被自动地归置在特定的图层中。可以在AutoCAD中使用简单的图层管理工具创建显示所关注的特定工况的视图，例如打开和关闭图层或创建命名图层视图。这些图层也可以按年进行分组，这样就可以在时间序列中分析所记录的某工况从某一年到下一年的变化。

图8 显示所有注释的注释图Fig.8 Annotated drawing showing all notes

图9 仅显示破碎工况的注释图Fig.9 Annotated drawing showing just spalls

4 现场评估

对贝克河水力发电项目的例行监控和监测包括现场运行人员每天进行记录的目视检查，以及联邦能源监管委员会要求的年度检查。大坝安全与运营工作人员整年都在现场，完成项目具体工作。除了工况随时间的变化外，缺陷的外观也随着季节的变化而变化，或者由于特定的天气情况而变得更加明显。对日常的现场观测结果与使用绳索技术进行的详细、近距离检查的观测结果进行了比较。

2015年的检查之后，普捷湾能源公司的运营者向大坝安全部门报告了两项工况，使用了Vertical Access有限责任公司的工况评估结果。

运营人员提供了上述照片，因为不确定渗漏位置和速率是否与之前的观测结果相一致，还为普捷湾能源公司的大坝安全部门描述了位置。虽然从右坝肩拍摄的历史照片以及航拍照片显示了该位置存在渗漏，但借用工况评估信息可以快速确认位置，以及当水位达到大坝堰顶以上时有渗漏的存在。

图10 运营人员报告了2015年12月下贝克大坝水平施工缝处发生的渗漏Fig.10 Operator reported leakage through a horizontal construction joint in December,2015 at Lower Baker dam

在一场小雪和明显的降温之后，目视检查结果比较反常，运营人员将上述照片提供给了大坝安全部门。混凝土坝面上形成了结冰，操作人员也不清楚这种情况。历史照片中未发现有形成结冰的情况，找到明显的水源也不可能。工况评估信息显示，在最后一条垂直施工缝下游的导流墙内侧出现了一条裂缝，再加上闸门渗漏水沿溢洪道泄槽流下来，这应该是结冰的水源。随后，Vertical Access有限责任公司对混凝土墙进行的检查中使用了一条水平救生索，可帮助接近导流墙，以便进行进一步的检查。

图11 检查过程中从不同角度拍摄的施工缝的照片和整体工况的照片，显示了在相似水位条件下接缝处的渗漏Fig.11 Photo of construction joint from different angle taken during the inspection,photo of overall condition but showed the leakage at the joint under similar pool conditions

图12 运营人员报告了11月上贝克大坝溢洪道泄槽下混凝土墙处反常的结冰情况Fig.12 Operator reported unusual ice formation on the concrete face wall under the spillway chute at Upper Baker dam in November

5 结语

Vertical Access有限责任公司提供的工况调查报告包括标注的高程图、照片、工况数量电子表格和描述观察到的工况的书面报告。有了这些报告，普捷湾能源公司可优化对大坝的监控和监测工作。带注释的图纸和照片是基准工况，为常规检查期间的目视检查提供参考。由于无法通过其他方式安全地接近拱坝的下游面、泄洪道泄槽和重力坝的混凝土墙面，这限制了用于识别新的混凝土缺陷或记录正在发生恶化的历史信息的质量。在检查过程中拍摄的独立照片通常很难在大型结构物上进行准确定位，因为这些照片关注的是缺陷。使用TPAS直接输入结构物上的目视和数值测量信息，提供了可精确定位的详细信息，并可有效地监视恶化情况。