一种检测大坝保温层及混凝土渗漏的装置及方法与流程

本发明涉及水利工程混凝土施工技术领域，具体地指一种检测大坝保温层及混凝土渗漏的装置及方法。

背景技术：

坝体温度的改变除了受其内部水化热影响外，还受外界环境温度的影响，在大坝运行期，坝体温度主要受环境气温以及水库水温的影响。当外界气温急剧变化时，坝体内部的温度来不及变化，从而导致坝体内外形成较大的温度梯度，以至于产生温度裂缝。目前主要通过对坝体采取保温措施以减少坝体与外界的热交换，从而减小寒潮或寒冷地区周期性的外界气温变化导致的混凝土开裂。常见的保温措施有铺设保温板、保温被和喷涂保温材料等，这些措施能够使坝体在气温日变幅不大的环境里抵御极端气温变化，例如寒潮等。

就目前水利水电工程而言，由于施工工艺和外界应力影响，混凝土大坝在多种条件作用下不可避免会产生或大或小裂缝，当裂缝发展严重时还会发生渗漏情况，大坝一旦发生渗漏，应及时进行处理，否则会影响大坝运行安全，严重者甚至会失事，给人民和国家带来财产生命危害。而处理渗漏的关键点在于发现裂缝和找到渗水部位，然后针对性的进行灌浆修补处理。我国从80年代后新修的混凝土大坝都非常注重大坝混凝土的温度控制，在西北地区有一大批混凝土大坝采用了苯板、聚乙烯板等保温板材作为坝体混凝土保温的主要防护措施。这些苯板、聚乙烯板等保温材料在出厂前都是加工成平面板材料，到施工现场大多采用粘贴和铆固施工工艺固定在大坝混凝土表面。而大坝在建设施工过程中由于混凝土浇筑工艺和模板工艺缺陷都可能会造成大坝表面会出现平整度差。此外由于大坝结构设计需要，会出现许多不平整部位：如曲面、凹面和孔洞结构。

在大坝进行混凝土保温施工时大都采用平整的保温板材进行保温，由于板材的性能决定不能随意弯曲地贴合在大坝混凝土表面，在粘贴和铆固保温材料的过程中，大坝混凝土表面的不平整和保温材料表面平整之间会不可避免的形成接触间隙。同时保温板材粘贴在大坝表面时采用了大量的粘接材料，粘接时一般会将粘接材料涂抹在板材和大坝表面，由于粘接材料涂抹的不均匀也会在保温板材和大坝混凝土表面之间形成一个粘接夹层，粘接时也不可能填充满每块保温材料与大坝之间的空隙，这样就形成了大坝表面与保温材料之间的架空现象。特别是当大坝保温层经历一定时间的外力作用和环境因素如风、寒潮后架空脱壳现象会更加严重。

对于混凝土大坝下游面，受到外力因素影响大坝混凝土发生开裂时，在高水头压力作用下，库区的水就会顺着裂缝渗透穿过坝体到下游面某一点渗出，假如正好遇见保温层与坝面之间有空腔的情况，渗漏水从混凝土坝体渗出后，由于保温层的存在，水就不一定会直接从渗漏点穿过保温层出现在正对应的保温层外部，而是会顺着保温材料与大坝之间的空隙四处流淌，少则十几米，多则可能直接渗漏到大坝下游面底部回填区。

这样就会产生以下几种危害：

1、导致大坝渗漏被发现的滞后性

考虑到水渗漏量的大小和坝体与保温层之间孔隙的大小的未知性，当渗漏量较小而孔隙空间又较大时，可能要等待渗漏水充满整个孔隙压力突破保温层强度时，水才会从保温层表面某一点渗出最终被大坝运行管理人员发现，这个持续时间较长，导致了发现和处理的滞后性，往往会错过早发现早处理早恢复的时机，给工程安全带来额外的影响。

2、导致大坝渗漏位置的不确定性

保温层和大坝表面的孔隙具有未知性，当孔隙面积较大时，渗漏水充满孔隙后在保温层表面形成的渗水点往往和坝体渗漏点不重合，这就导致即使发现大坝出现裂缝渗水也不能精确定位和进行修复的可能，给裂缝修补增加了额外的施工工序和成本。

3、低温下隐藏水的破坏性

我国西北寒冷地区的水利工程，冬季气温普遍到零度以下，渗漏水滞留在保温层与混凝土大坝之间，当环境温度太低突破保温层的防护效果时，渗漏水就会结冰发生体积膨胀，进一步将保温层顶起增加孔隙面积，形成恶性循环，降低保温层的耐久性，增加后期的维护成本。

在以上几种危害下，通常当发现大坝渗漏后为了寻找渗水部位，就必须对保温层进行拆除，通常做法为从保温板外的出水点往上开始拆除查验，有的拆了十几米甚至几十米都找不到出水点，拆除面积巨大且耗费人力物力，当最终找到渗漏点裂缝处理完后又要将拆除的保温板部分进行恢复，这样额外的从拆除在到恢复，会造成人力物力和经济上额外投入。大多数混凝土大坝表面保温工程面积较大，大多保温层外还有额外的防护层等，采取全部清理掉原有的保温层手段，重新设置保温层工序复杂，其费用巨大。

对于微小裂缝造成的渗水，可以仅仅在大坝下游面采取裂缝修补和化学灌浆等工艺进行恢复，对于因贯穿缝形成的渗水在上下游同时处理效果可能会更好，虽然贯穿性裂缝导致的大坝渗水一般在下游坝面直接体现，但是大坝渗漏水的源头在上游、出现水的渗漏也是从击穿保温层开始，然后才是顺着已经形成的混凝土裂缝渗漏到大坝下游面，这就需要同时对保温层的渗漏进行检测。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种检测大坝保温层及混凝土渗漏的装置及方法，通过对保温层和大坝混凝土表面湿度进行检测，及时对大坝出现渗漏的缺陷部位进行判定和标识，利于进行后续的修复施工，增强大坝安全和耐久性。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种检测大坝保温层及混凝土渗漏的装置，它包括设于大坝保温层内表面及大坝混凝土外表面之间的多个半封闭式保护盒，所述半封闭式保护盒内设有湿度传感器。

优选地，所述半封闭式保护盒靠近大坝保温层内表面的区域开设有多个筛孔，靠近大坝混凝土外表面的区域开放。

优选地，所述半封闭式保护盒为由五面筛网组成的长方体盒体结构，其靠近大坝混凝土外表面的一侧面开放。

优选地，所述半封闭式保护盒为矩形框体结构，其一侧开放，另一侧安装有矩形筛网。

优选地，所述湿度传感器通过数据线与无纸记录仪连接，无纸记录仪通过数据线与电脑连接。

优选地，所述湿度传感器固定于半封闭式保护盒内部空腔的上部区域。

优选地，所述湿度传感器套装固定于呈圆筒形结构的保护管内，湿度传感器顶部与保护管顶部接触的区域通过密封胶填充，湿度传感器的探头区域位于保护管内，保护管外表面套设有卡环，卡环通过钉子固定于大坝混凝土外表面。

本发明还提供上述装置的布置方法，它包括以下步骤：

步骤1）：将多个湿度传感器固定在大坝混凝土外表面，然后将半封闭式保护盒扣在大坝混凝土外表面，并将湿度传感器包围，湿度传感器的数据线穿出到半封闭式保护盒外；

步骤2）：大坝保温层在施工时，使得保温层将半封闭式保护盒包裹并固定在大坝混凝土外表面；

步骤3）：根据装置在坝面的位置与观测室之间的距离，将湿度传感器的数据线延长，同时对装置及数据线进行定位和标识；

步骤4）：在观测室将每个湿度传感器的数据线与其相应的无纸记录仪进行连接，同时将多台无纸记录仪和电脑连接，实时读取大坝保温层和大坝混凝土的湿度数据。

本发明还提供上述装置的检测方法，它包括步骤5）：

当大坝保温层发生渗漏时，渗漏的水沿着大坝保温层内表面向附近区域的半封闭式保护盒的筛孔渗漏，并最终进入到封闭式保护盒所形成的密封空腔内，当水渗漏到一定量以后，由于密封空腔内存在空气，水不会淹没整个空腔而导致淹没湿度传感器的探头部分，湿度传感器将检测的相应数据传输给无纸记录仪，并通过电脑显示，从而及时检测出相应区域的渗漏情况，对大坝保温层出现渗漏的缺陷部位进行判定和标识。

本发明还提供上述装置的检测方法，它包括步骤6）：

当大坝混凝土发生渗漏时，渗漏的水沿着大坝混凝土外表面向附近区域的半封闭式保护盒内渗漏，并最终进入到封闭式保护盒所形成的密封空腔内，当水渗漏到一定量以后，由于密封空腔内存在空气，水不会淹没整个空腔而导致淹没湿度传感器的探头部分，湿度传感器将检测的相应数据传输给无纸记录仪，并通过电脑显示，从而及时检测出相应区域的渗漏情况，对大坝混凝土出现渗漏的缺陷部位进行判定和标识。

本发明的有益效果：

1、本发明采用上述设计，通过埋设在大坝上下游混凝土表面和保温层内表面之间的湿度传感器，可以实时检测保温层及大坝混凝土的湿度数据，通过对异常高湿度数据的分析，及时对大坝渗漏点和渗漏情况进行判定，为后续大坝混凝土裂缝修补工作的开展提供技术支持，同时减少了对保温层的大面积破坏，降低了大坝维修成本。

2、本发明所述的装置根据布置的位置不同，既可以测量大坝下游混凝土坝面的湿度，又可以测量上游坝面保温层下的湿度，结合大坝渗漏的相关理论和经验，可以很快对隐蔽性较高危害性又较大的贯穿性裂缝进行发现，对大坝安全运行提供了保障。

3、本发明采用保护管和半封闭式保护盒，可以防止保温层施工对测量装置的破坏，如常见的聚氨酯喷涂初始阶段双组份液态材料接触到湿度传感器，避免发泡阶段将湿度传感器包裹而测量不到数据。

4、保温层施工完毕后，半封闭式保护盒在坝面形成了一个密闭空腔结构，其筛孔结构可以和保温层相通，这样湿度传感器就可以测得大坝混凝土保温层下的湿度数据，这样湿度传感器可以立即测得湿度数据的变化；同时湿度传感器位于密闭空腔的靠上位置，防止少量水渗漏进去后淹没湿度传感器探头导致其失效，这也就避免混凝土裂缝修补完成后又需要布置新的湿度传感器，一般大坝使用的湿度传感器成本为几万左右，这样无疑大大降低了工程成本，

5、以往考虑到水渗漏量的大小和坝体与保温层之间孔隙的大小的未知性，当渗漏量较小而孔隙空间又较大时，可能要等待渗漏水充满整个孔隙压力突破保温层强度时，水才会从保温层表面某一点渗出最终被大坝运行管理人员发现，这个持续时间较长，导致了发现和处理的滞后性，往往会错过早发现早处理早恢复的时机，给工程安全带来额外的影响，而本发明装置可以很好地解决上述问题，能够及时并准确地发现大坝渗漏点和渗漏情况，

6、本发明装置可以解决判定大坝渗漏位置的不确定性；由于保温层和大坝表面的孔隙具有未知性，当孔隙面积较大时，渗漏水充满孔隙后在保温层表面形成的渗水点往往和坝体渗漏点不重合，这就导致即使发现大坝出现裂缝渗水也不能精确定位和进行修复的可能，给裂缝修补增加了额外的施工工序和成本；本发明通过埋设在大坝上下游混凝土表面积保温层内表面直接的湿度测量装置，可以实时检测保温层及大坝混凝土的湿度数据，通过对异常高湿度数据的分析，可以快速准确地判定大坝渗漏点位置和渗漏情况。

附图说明

图1为一种检测大坝保温层及混凝土渗漏的装置的结构示意图；

图2为图1中湿度传感器与保护管之间的连接结构示意图；

图3为图1中其中一种半封闭式保护盒的结构示意图；

图4为图1中另外一种半封闭式保护盒的结构示意图；

图中，半封闭式保护盒1、湿度传感器2、无纸记录仪3、电脑4、保护管5、卡环5.1。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1至4所示，一种检测大坝保温层及混凝土渗漏的装置，它包括设于大坝保温层内表面及大坝混凝土外表面之间的多个半封闭式保护盒1，所述半封闭式保护盒1内设有湿度传感器2。

优选地，所述半封闭式保护盒1靠近大坝保温层内表面的区域开设有多个筛孔，靠近大坝混凝土外表面的区域开放。这样设计主要是考虑到半封闭式保护盒1开设筛孔后可以防止保温层在施工过程中，特别是喷涂保温材料（例如聚氨酯保温层）时，可以有效防止保温层材料对湿度传感器2造成封堵和破坏；另外半封闭式保护盒1开设筛孔后，如果大坝保温层出现渗漏，则渗漏的水可以通过筛孔进入到湿度传感器2的检测空间内，这样就可以及时发现大坝保温层的渗漏情况；而半封闭式保护盒1靠近大坝混凝土外表面的区域开放后，如果大坝混凝土出现渗漏，则渗漏的水可以直接进入到湿度传感器2的检测空间内，这样就可以及时发现大坝混凝土的渗漏情况。

优选地，所述半封闭式保护盒1为由五面筛网组成的长方体盒体结构，其靠近大坝混凝土外表面的一侧面开放。如图3所示，在半封闭式保护盒1的实际制作过程中，可以先采用骨架搭建成支撑结构，然后在骨架表面安装筛网，本实施例由五面筛网组成图3所示的长方体盒体结构。

优选地，所述半封闭式保护盒1为矩形框体结构，其一侧开放，另一侧安装有矩形筛网。如图4所示，在半封闭式保护盒1的实际制作过程中，也可以选择矩形框体，与大坝保温层内表面接触的一面可以通过安装筛网来防止保温材料进入到半封闭式保护盒1内；本实施例中，筛网可以采用20目-60目的钢丝网、铁丝网、尼龙网等。

优选地，所述湿度传感器2通过数据线与无纸记录仪3连接，无纸记录仪3通过数据线与电脑4连接。在本实施例中，无纸记录仪的通道可以在1路-64路之间，另外可以将多台无纸记录仪通过rs-485通讯线缆和电脑连接，其通讯距离最远可以达到1200m；另外无纸记录仪3可以采用mik-r4000d型无纸记录仪，其适用于现场复杂情况下湿度信号的监测、控制和记录，比以往的人工读取数据更加高效和准确，达到实时监测的目的。

优选地，所述湿度传感器2固定于半封闭式保护盒1内部空腔的上部区域。湿度传感器2位于空腔的靠上位置，这样可以防止少量水渗漏进去后淹没湿度传感器2探头导致其失效，这样湿度传感器2可以立即测得湿度数据的变化。

优选地，所述湿度传感器2套装固定于呈圆筒形结构的保护管5内，湿度传感器2顶部与保护管5顶部接触的区域通过密封胶填充，湿度传感器2的探头区域位于保护管5内，保护管5外表面套设有卡环5.1，卡环5.1通过钉子固定于大坝混凝土外表面。本实施例中湿度传感器2采用ｈｍ１５００ｌｆ湿度传感器，其采用电容hs1101lf设计制造，带防护棒式封装，工作温度范围–40～60℃，抗静电，防灰尘，有效抵抗各种腐蚀性气体物质，量程0～100%rh，满足工程测量需要；而保护管5采用hdpe管，其无毒，无味，结晶度为80%～90%，软化点为125～l35℃，使用温度可达100℃；具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好，其介电性能，耐环境应力开裂性亦较好，耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性均较好，化学稳定性好，在室温条件下，不溶于任何有机溶剂，耐酸、碱和各种盐类的腐蚀；在本实施例中，保护管5一方面可以起到保护湿度传感器2的作用，另一方面可以作为湿度传感器2固定在大坝混凝土表面的辅助装置，

本发明装置具体在布置时，包括以下步骤：

步骤1）：将多个湿度传感器2固定在大坝混凝土外表面，然后将半封闭式保护盒1扣在大坝混凝土外表面，并将湿度传感器2包围，湿度传感器2的数据线穿出到半封闭式保护盒1外；

步骤2）：大坝保温层在施工时，使得保温层将半封闭式保护盒1包裹并固定在大坝混凝土外表面；在本实施例中，保温层选用聚氨酯材料，在施工时将聚氨酯保温材料直接喷涂在大坝混凝土表面，在喷涂过程中，半封闭式保护盒1可以有效避免聚氨酯材料对湿度传感器2造成封堵和破坏，喷涂完成后，半封闭式保护盒1所在位置完全被聚氨酯保温材料覆盖，半封闭式保护盒1及其与大坝混凝土表面形成的空间成为密闭空间。

步骤3）：根据装置在坝面的位置与观测室之间的距离，将湿度传感器2的数据线延长，同时对装置及数据线进行定位和标识；对应的装置通过对应的数据线和对应的无纸记录仪3相连。

步骤4）：在观测室将每个湿度传感器2的数据线与其相应的无纸记录仪3进行连接，同时将多台无纸记录仪和电脑4连接，实时读取大坝保温层和大坝混凝土的湿度数据。由于每个装置和对应的无纸记录仪3相连，然后显示监测结果在电脑4上，当某个装置所对应区域的大坝混凝土或保温层出现渗漏时，能够快速定位渗漏区域，极大地减少了寻找渗水部位的时间。

另外本发明在检测时，包括以下步骤：

当大坝保温层发生渗漏时，渗漏的水沿着大坝保温层内表面向附近区域的半封闭式保护盒1的筛孔渗漏，并最终进入到封闭式保护盒1所形成的密封空腔内，当水渗漏到一定量以后，由于密封空腔内存在空气，水不会淹没整个空腔而导致淹没湿度传感器2的探头部分，湿度传感器2将检测的相应数据传输给无纸记录仪3，并通过电脑4显示，从而及时检测出相应区域的渗漏情况，对大坝保温层出现渗漏的缺陷部位进行判定和标识。

本发明还提供上述装置的检测方法，它包括步骤6）：

当大坝混凝土发生渗漏时，渗漏的水沿着大坝混凝土外表面向附近区域的半封闭式保护盒1内渗漏，并最终进入到封闭式保护盒1所形成的密封空腔内，当水渗漏到一定量以后，由于密封空腔内存在空气，水不会淹没整个空腔而导致淹没湿度传感器2的探头部分，湿度传感器2将检测的相应数据传输给无纸记录仪3，并通过电脑4显示，从而及时检测出相应区域的渗漏情况，对大坝混凝土出现渗漏的缺陷部位进行判定和标识。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。