1.4　大坝安全检测技术及标准化发展趋势

埋设安装各种监测仪器进行定期、定时观测，监测出重点部位观测断面上测点物理量的变化规律，仍然是当前掌握大坝安全性的主要方法。近年来，为增加测值的代表性，从“点法观测”逐渐向“线法观测”发展，但由于大坝发生问题的部位不一定是预先埋设安装监测仪器的部位，且埋设于大坝内部的仪器也有一定的使用寿命，因此安全监测也存在着局限性，有必要进一步研究弥补办法，而大坝安全检测方法便应运而生。

在20世纪70年代前后，国外在使用仪器监测的同时，开始对大坝进行巡视检查，如美国国会于1972年颁布了72-367号公共法令，即“全国大坝安全检查条例”，1977年4月23日，美国总统亲自授权陆军工程师团对联邦管辖的大坝进行检查；日本国土资源省从1969年开始对大坝进行检查，在被检查的331座坝中，存在安全问题的有83座，占25%；此后，意大利、法国、澳大利亚、加拿大、瑞士、芬兰、挪威等国家都作出了对大坝进行现场检查的规定。在1973年第11次国际大坝会议上，美国R.B.Jansen等提出了“对水工建筑物全面进行人工巡视检查工作是大坝进行监测程序的重要内容”。巡视检查在很大程度上弥补了仪器监测的局限性，但由于这种检查主要是进行外部表面检查，仍然难以发现堤身和坝体及地基内部存在的影响安全的问题。为此，必须在技术思路和方法上进行创新，寻找一种新的安全检测方法，既能在任何时间、任何部位经济、迅速、准确、大范围地确定堤身、坝体和地基内部存在的问题，又不损害堤坝本身的无损探测方法，国外称为非侵入式安全检查，或称之为现场安全检测方法。类似于采用B超或X光等仪器，对人体内部的健康检查。

国外于20世纪70年代开始研究用地球物理方法对大坝进行安全检测。20世纪80年代，意大利国家电力局（ENEL）的模型与结构研究所（ISMES）开始研究用声波层析的方法对大坝进行安全检测，1990年提出了系统的检测方法，并在奥地利维也纳召开的第17届国际大坝会议上以“大坝老化与补救措施”作为议题的论文作了介绍，他们已将这种方法应用于100多座大坝的安全检查，并认为这是一种“非破坏的、可靠的、可重复的、较经济的检查大坝健康状态最好的工具”。目前，美国已开展此项工作，并已在多处应用。1991年，日本对我国丰满大坝进行声波层析检测，认为检测结果能大致看出大坝内部纵波波速值分布。特别是近年来国外发展了三维声波层析，应用三维层析可以测出混凝土坝内部力学参数及病害的立体分布图，分辨率也有很大提高，对大坝的安全检测更加有效。此外，国外也应用探地雷达在土石坝上进行安全检测并检测出了渗流通道，但在堤防安全检测方面尚未引起足够的重视。

在2001年和2002年美国大坝安全官员联合会的两届年会上，已开始讨论安全检测的技术问题，涉及检测的论文有4篇，其中电法仪器2篇，探地雷达和温度仪器各1篇。特别是2002年12月，美国总统签署了《美国大坝安全和保安法案》，正式立法来防范大坝的人为破坏，这也从另一个方面说明大坝安全检测的重要性。

国内大坝安全检测方面也陆续开展了人工巡视检查工作，但现场仪器检测却开展较少。个别大坝检测工作主要依托其他水工建筑物检测方法及现有规程对常规检测项目进行检测，如混凝土抗压强度、混凝土内钢筋间距、保护层厚度、外观质量等。

对于混凝土抗压强度检测、钢筋配置情况检测等常规检测内容，由于混凝土坝属于大体积混凝土结构构件，其受力特点和骨料粒径、级配等与常规混凝土结构已有显著差异，常规检测方法已不再适用。

对于大坝表面质量，可以通过高性能的摄像头在300m以内的范围选择合适的观测位置，将建筑物表面缺陷记录下来，然后通过后台的计算机处理，完成外观缺陷的检测，即“远程摄像法”。该方法主要适用于水库大坝上下游面、工作桥梁、电站冷却塔等表面缺陷检测。图1.1所示为水利部淮河水利委员会水利科学研究院利用SCANSITES远程测试系统测试的某连拱坝下游面的缺陷分布情况。

图1.1　远程摄像法检测结果示例

对大坝水面以下表面缺陷进行检测，还可以通过水下无人探测系统来完成。水下无人探测系统由水下机器人（主机）、脐带管理系统、水面控制台、水声定位系统四部分组成。水下机器人主机是水下摄像头、各种探测或检测传感器、水下作业工具等的运动平台；脐带管理系统通过脐带缆将水面的动力和控制命令下传给水下机器人，将其获得的视频、声呐以及其他传感器数据上传给控制台；水面控制台则可对水下机器人的运动、灯光、云台、焦距、搭载的传感器进行控制、调节，并显示或记录相应的观测数据或水下图像。水下无人探测系统集功能强大、作业水深大、作业时间长、安全度高、经济性强等优势于一身，可实时进行水下视频检测和观测，在国外已广泛用于水利水电行业的水闸、船闸、坝体、桥墩、排沙口、拦污栅、病险水库等的水下检查，水下工程质量监控，协助水下结构的安装和日常检查检修等。

在混凝土内部缺陷检测方面，超声法检测是使用最多的方法。当非金属超声波检测仪发射器和接收换能器的测线声波通过裂缝位置时，由于缺陷的存在破坏了混凝土内部的连续性，声能在缺陷位置处产生较大衰减，声能穿过缺陷传播到接收换能器端的首波信号微弱，其波幅或主频与等测距的完好混凝土比较，存在明显差异，据此可以对缺陷的性态进行判断。冲击回波理论目前也在水工混凝土结构内部缺陷检测过程中得到应用，并取得了较好的效果。2014年，水利部淮河水利委员会水利科学研究院在冲击回波理论研究的基础上总结了相应的波形识别技术及频谱分析方法，建立了相关的数学模型和相应的评价方法，形成了系统、准确、可靠的冲击回波检测混凝土内部缺陷的检测技术方法。

大坝安全检测领域现有法律、规程、规范等有关内容的规定和要求不太一致，而且原则性规定较多，具体方法和仪器说明较少。

在国内，水工建筑物质量检测成熟技术主要有回弹法检测混凝土抗压强度技术、射钉法检测混凝土强度技术、超声法检测混凝土内部缺陷技术、超声回弹综合法检测混凝土强度技术、后装拔出法检测混凝土强度技术、建筑工程饰面砖黏结强度检验技术、水工钢闸门和启闭机安全检测技术、建筑变形测量技术、核子密度仪检测技术等。

1985年，建设部颁布了《回弹法评定混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T 23—1985）、1990年中国工程建设标准化协会颁布了《超声法检测混凝土缺陷技术规程》（ECS 21：90）、2008年建设部颁布了《建筑工程饰面砖黏结强度检验标准》（JGJ/T 710—2008）等多项检测技术类标准。在混凝土抗拉强度研究方面，2001年，尹健等开展了高性能混凝土轴心抗拉强度与劈裂抗拉强度试验研究；2009年，韩军等进行了高延性混凝土轴心抗拉试验研究。在冲击回波法检测混凝土缺陷方面，2003年，苏航等开展了冲击回波检测方法及其在土木工程中的应用研究；2008年，张建纲等开展了冲击回波法评价混凝土损伤程度的研究；2009年，王智丰等开展了冲击回波法检测预应力束孔管道压浆质量研究。在水工建筑物外观缺陷远程测试技术研究方面，2006年，方修睦等开展了建筑外围护结构表面热工缺陷红外检测方法研究。在水工设备安全检测方面，霍尔效应无损探伤技术被大量应用于设备故障诊断和材料缺陷的探伤之中，对于钢丝绳检测，现有主要标准为《重要用途钢丝绳》（GB 8918—2006）、《铁磁性钢丝绳电磁检测方法》（GB/T 21837—2008）、《钢丝绳（缆）在线无损定量检测方法和判定规则》（MT/T 970—2005）等。

20世纪80年代末，我国研制出用电阻率检测的电法探测仪，90年代应用探地雷达探测大坝隐患。目前，我国已研制出检测混凝土坝的声波层析检测系统（ST-2100），并在丰满大坝上进行了检测应用，表明该系统优于日本的DYD系统。

随着混凝土无损检测技术方法日益成熟，许多国家开始重视检测标准的编制工作，如美国材料与试验协会（ASTM）、英国标准协会（BSI）均已颁布有关标准，其中以美国ASTM颁布的标准最多，主要如下：①《硬化混凝土射入阻力标准试验方法》（C803—83）；②《结构混凝土抽样与检验标准方法》（C823—83）；③《混凝土超声脉冲速度标准试验方法》（C597—83）；④《硬化混凝土回弹试验方法》（C805—85）；⑤《硬化混凝土拔出强度标准试验方法》（C900—87）；⑥《成熟度估算混凝土强度的方法》（C1047—87）。

国际标准化组织（ISO）也先后提出如下标准：①《硬化后的混凝土用回弹仪测定回弹值》（国际标准草案ISO/DIS 8045）；②《硬化后的混凝土超声波脉冲速度的测定》（国际标准ISO/DIS 8047）；③《硬化混凝土芯样的钻取、检查及抗压试验》（国际标准草案ISO/DIS 7034）；④《硬化混凝土拔出强度测定》（国际标准草案ISO/DIS 8046）。

工程检测技术研究方兴未艾，随着科学技术的发展，无损检测技术也突破了原有的范畴，涌现出一批新的检测技术方法，包括微波吸收、雷达扫描、红外热像、脉冲回拨、直拔法、抗剪法、抗折法等。而且，测试内容由强度推定、内部缺陷探测等扩展到更广的范畴，其功能由事后质量检测发展到事前的质量检测与控制。

由于工程建设与运行管理的需求，无损检测技术越来越被人们所重视，在许多国家逐步将其标准化，成为法定的检测手段之一。可以预料，随着科学技术的发展，对工程质量与安全进行检测评价使无损检测技术的发展前景更加广阔。

在我国，工程建设事业蓬勃发展，水利工程的规模、复杂程度以及对工程质量、安全、耐久性的要求不断提高，对检测技术方法提出了更高的要求。因此，在现有研究成果的基础上，不断扩大无损检测技术的应用范围，汲取国内外先进技术，提高无损检测技术水平和标准化建设，加大事前主动预控，对减少或消除工程建设与运行中的质量与安全隐患具有重要意义。