鄒 剛

(中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都，611130)

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斜卡水電站防滲墻聲波試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)探討

鄒 剛

(中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都，611130)

在斜卡水電站采用超聲波法，對(duì)上游圍堰已完工的混凝土防滲墻和工地營(yíng)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)模擬澆筑的有質(zhì)量缺陷的防滲墻進(jìn)行聲波檢測(cè)試驗(yàn)，通過聲波檢測(cè)試驗(yàn)情況，探討聲波試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)檢查防滲墻質(zhì)量的可行性，為防滲墻質(zhì)量檢查尋找新的更先進(jìn)的方法。

防滲墻 聲波檢測(cè)試驗(yàn) 斜卡水電站

1 工程概況

斜卡水電站為九龍河下游左岸支流踏卡河“一庫(kù)兩級(jí)”開發(fā)方案中的龍頭水庫(kù)電站。水庫(kù)正常蓄水位3165m，總庫(kù)容8485萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容7261萬(wàn)m3，具有季調(diào)節(jié)性能。電站采用混合式開發(fā)，由首部樞紐、引水系統(tǒng)、廠區(qū)樞紐組成，裝機(jī)容量130MW，為三等中型工程。

上游圍堰基礎(chǔ)處理工程由分段式防滲墻工程及左右堰肩帷幕灌漿工程組成。上游圍堰防滲墻為分段式，底部嵌入基巖深度至少1m，墻體厚度為80cm，防滲墻采用全混凝土結(jié)構(gòu)。上游圍堰防滲墻施工平臺(tái)，按照10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)考慮，防滲施工墻頂高程為3100.5m，墻底高程3029.8m，設(shè)計(jì)終孔深度均為70.7m；該防滲墻起止樁號(hào)壩0+82.000m～0+201.800m，軸線長(zhǎng)為119.80m；成墻面積8469.86m2。防滲墻分一、二期槽分序施工，施工工藝采用泥漿護(hù)壁沖擊鉆造孔連接成墻、氣舉法清孔換漿、泥漿下直升導(dǎo)管法澆筑混凝土，一二期槽段搭接采用接頭管法施工，保證了混凝土墻體的質(zhì)量。為保證一、二期防滲墻連接，二期防滲墻軸線在一期防滲墻軸線上游側(cè)，與一期防滲墻軸線相隔0.8m，并與一期防滲墻左右岸各搭接3.0m。此防滲墻設(shè)計(jì)厚度80cm，墻體材料為一級(jí)配C20混凝土，抗?jié)B性能指標(biāo)不小于W8。防滲墻內(nèi)埋設(shè)預(yù)埋管，預(yù)埋管間距為1.5m～2.0m。

2 聲波檢測(cè)試驗(yàn)?zāi)康募霸囼?yàn)原理

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

目前，防滲墻施工水平已達(dá)到了一定高度，但防滲墻質(zhì)量檢查方法種類相對(duì)較少，主要包括鉆孔取芯及注水試驗(yàn)法、超聲波法和地震投射層析成像(CT)法。

鉆孔取芯及注水試驗(yàn)法是在現(xiàn)階段使用最廣泛的檢測(cè)方法，其優(yōu)點(diǎn)是較直觀地體現(xiàn)防滲墻成墻質(zhì)量，其缺點(diǎn)是鉆孔及試驗(yàn)的時(shí)間長(zhǎng)，要求施工人員具有較高的取芯專業(yè)技術(shù)水平，成本較高，檢查的結(jié)果僅僅反映局部混凝土樣本情況，對(duì)墻體有一定的削弱甚至破壞作用。

超聲波法是利用墻體各部位的縱波波速來判斷整個(gè)墻體的混凝土強(qiáng)度和均勻性的。已有測(cè)試表明，用此法判斷接縫夾泥厚度和墻體的質(zhì)量缺陷精度是足夠的。

地震層析成像(CT)法是近年來一種新興的地球物理方法，該法基本原理是利用對(duì)物體的投射投影值(或散射值)，使用計(jì)算機(jī)技術(shù)來重構(gòu)物體內(nèi)部物理性分布圖。該法目前技術(shù)條件還不是很成熟，使用極少。

綜合分析，把超聲波法引入防滲墻質(zhì)量檢查是非常可行的，為此，我公司特進(jìn)行聲波檢查測(cè)試試驗(yàn)，試圖為防滲墻墻體質(zhì)量檢查提供新的更為先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，使防滲墻質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)更上一層樓。

通過聲波檢測(cè)，判斷混凝土防滲墻墻體質(zhì)量，其檢測(cè)原理是通過檢測(cè)聲波在混凝土中的傳播速度、時(shí)間和聲波的衰減情況來判斷混凝土防滲墻墻體質(zhì)量，質(zhì)量好的混凝土對(duì)彈性波有很好的傳播性能，當(dāng)混凝土中夾有泥沙等軟弱材料和密實(shí)度差時(shí)，其波速減少，衰減大，從而判斷墻體混凝土質(zhì)量。

目前，影響混凝土防滲墻墻體質(zhì)量主要包括以下幾個(gè)方面：(1)孔斜偏差較大；(2)槽段內(nèi)部未完全連通；(3)接頭孔套接厚度不滿足規(guī)范要求；(4)孔底淤積超標(biāo)、“金包銀”裹體以及斷層等。

2.2 試驗(yàn)原理

聲波透射法是將超聲波發(fā)射探頭和接收探頭同時(shí)放進(jìn)混凝土兩個(gè)充滿水的孔中(鉆孔或預(yù)埋管)，發(fā)射探頭產(chǎn)生的超聲波經(jīng)過水耦合，穿透混凝土到達(dá)另一個(gè)孔中的接收探頭，接收探頭將接收到的信息傳入儀器，通過綜合分析接收到超聲波在混凝土中的信號(hào)，如聲速、聲幅、頻率和波形諸參量的特征，從而對(duì)混凝土質(zhì)量作出評(píng)價(jià)。具體的判斷方法如下：

2.2.1 有超生脈沖發(fā)射源在混凝土內(nèi)激發(fā)高頻脈沖波，并用高精度的接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在混凝土內(nèi)傳播過程中表現(xiàn)的波動(dòng)特征；當(dāng)混凝土內(nèi)存在不連續(xù)或破損界面時(shí)，缺陷面形成波阻抗界面，波到達(dá)該界面時(shí)，產(chǎn)生波的透射和反射，使接收到的透射能量明顯降低；當(dāng)混凝土內(nèi)存在松散、蜂窩、孔洞等缺陷時(shí)，將產(chǎn)生波的散射和繞射；根據(jù)波的初至到達(dá)時(shí)間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特性，可以獲得測(cè)區(qū)范圍內(nèi)混凝土的聲學(xué)參數(shù)。測(cè)試記錄不同測(cè)試剖面、不同高度上的超聲波動(dòng)特征，經(jīng)過處理分析就能判別測(cè)區(qū)內(nèi)混凝土的參考強(qiáng)度和內(nèi)部存在缺陷的性質(zhì)、大小及空間位置。

2.2.2 當(dāng)混凝土中存在缺陷時(shí)，超聲波聲速、聲幅、頻率和波形諸參量都有反映。首先是當(dāng)混凝土內(nèi)部存在缺陷時(shí)，在超聲波發(fā)--收通路上形成了不連續(xù)介質(zhì)，低頻超聲波將繞過缺陷向前傳播，在探測(cè)距離內(nèi)，其繞射到達(dá)所需的“聲時(shí)”比超聲波在無缺陷的混凝土中直接傳播時(shí)所需的“聲時(shí)”長(zhǎng)，反映出超聲波的聲速減小。其次是由于混凝土存在缺陷時(shí)，超聲波在混凝土中傳播時(shí)聲能衰減加大，接收信號(hào)的首波幅度下降。第三是由于混凝土存在缺陷時(shí)，高頻成分比低頻成分消失快，接收信號(hào)的頻率總是比通過相同測(cè)距的無缺陷混凝土接收到的頻率低。最后，由于超聲波在缺陷界面上的復(fù)雜反射、折射，使聲波傳播的相位發(fā)生差異，疊加的結(jié)果導(dǎo)致接收信號(hào)的波形發(fā)生畸變。據(jù)此即可對(duì)混凝土內(nèi)部的質(zhì)量情況作出判斷。

3 聲波檢測(cè)試驗(yàn)的方法及內(nèi)容

3.1 聲波檢測(cè)的方法

應(yīng)用超聲波透射法，采用單孔測(cè)試和兩孔對(duì)穿的方法，檢測(cè)混凝土防滲墻的密實(shí)性和完整性。

3.2 聲波檢測(cè)的內(nèi)容

斜卡水電站聲波檢測(cè)試驗(yàn)分兩組進(jìn)行。

3.2.1 結(jié)合生產(chǎn)，在上游圍堰已完工的混凝土防滲墻上進(jìn)行聲波檢測(cè)。已完工的防滲墻內(nèi)埋有φ89mm的帷幕灌漿管，孔距1.7m,在測(cè)試過程中，又在帷幕灌漿預(yù)埋管之間鉆了兩個(gè)孔，孔徑φ76mm，孔深18m。這一組主要測(cè)試聲波能對(duì)穿的最大距離，設(shè)計(jì)距離有0.85m、1.7m、2.55m、4.25m、5.1m、6.8m和大于6.8m。在單孔測(cè)試中，主要測(cè)試有預(yù)埋管和沒有預(yù)埋管對(duì)聲波波值的影響。

3.2.2 在工地營(yíng)區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)模擬澆筑了一道有質(zhì)量缺陷的防滲墻，測(cè)試混凝土質(zhì)量缺陷對(duì)聲波的影響。

4 聲波檢測(cè)試驗(yàn)過程

4.1 聲波測(cè)試前準(zhǔn)備工作

首先，在上游圍堰二期防滲墻SWZF-08#及SWZF～09#槽段中心，布置2個(gè)孔徑為76mm的孔，分別編號(hào)為P1及P2，在鉆進(jìn)的過程中P1在孔深17.4m的位置穿出混凝土墻外，P2在孔深21.3m位置穿出混凝土墻外。其具體的成墻情況如圖1、圖2所示。P2能蓄水，所以能用聲波法檢測(cè)該孔的混凝土質(zhì)量。然后，對(duì)SWZF～08#及SWZF～09#槽段預(yù)埋管(孔號(hào)分別為S25、S26、S27、S28、S29、S30、S31)進(jìn)行孔斜檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各孔孔斜偏差值均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，符合要求。最后，將需要進(jìn)行混凝土質(zhì)量檢查的孔，注入耦合劑水，進(jìn)行聲波檢測(cè)，在聲波檢測(cè)操作時(shí)，保證孔內(nèi)充滿耦合劑水。

圖1 孔內(nèi)電視P1

圖2 孔內(nèi)電視P2

4.2 墻體質(zhì)量聲波檢查主要步驟

先對(duì)P2進(jìn)行單孔測(cè)試，校驗(yàn)檢查結(jié)果是否與孔內(nèi)電視相吻合；在埋設(shè)好預(yù)埋管的防滲墻進(jìn)行對(duì)穿測(cè)試，檢驗(yàn)防滲墻墻體質(zhì)量。測(cè)試的收發(fā)距從1.7m開始，然后變?yōu)?.4m、5.1m、6.8m……，聲波檢測(cè)時(shí)移動(dòng)步距由20cm開始，之后變?yōu)?0cm，最后變?yōu)?.0m；最后將各種測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、對(duì)比。

4.3 聲波檢測(cè)成果分析

二期上游圍堰防滲墻聲波檢測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，該防滲墻各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均在規(guī)范允許范圍，不存在常見的質(zhì)量通病，未出現(xiàn)明顯的滲漏現(xiàn)象，達(dá)到了設(shè)計(jì)防滲要求。

聲波檢測(cè)時(shí)，最大收發(fā)距為5.1m。當(dāng)收發(fā)距為6.8m時(shí)，聲波儀接收不到明顯的信號(hào)，波形較紊亂；當(dāng)收發(fā)距為1.7m時(shí)，接收信號(hào)更明顯，波形更穩(wěn)定，更容易采集數(shù)據(jù)。而移動(dòng)步距越小，聲波檢測(cè)效果越精確；移動(dòng)步距越大，聲波檢測(cè)效果就相對(duì)較差，主要表現(xiàn)為不能準(zhǔn)確地判斷混凝土中存在質(zhì)量問題的具體深度。

因此，在防滲墻墻體質(zhì)量聲波檢測(cè)中，越小的移動(dòng)步距及越短的收發(fā)距離，測(cè)量效果越明顯、越精確。在實(shí)際檢測(cè)時(shí)，移動(dòng)步距及收發(fā)距離根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整，具體調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)為能達(dá)到檢測(cè)要求即可。

4.4 模擬防滲墻聲波檢測(cè)試驗(yàn)

模擬試驗(yàn)具體的實(shí)施方案：模擬這道防滲墻的尺寸大小為，長(zhǎng)3.0m，寬0.8m，高2.9m。其具體施工順序是：(1)混凝土澆筑量為7.2m3，立?，F(xiàn)澆，分兩次澆筑，第一次澆筑3m3，相隔24h再澆剩下的，混凝土為C20自密式混凝土；(2)找一個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)地，挖一個(gè)長(zhǎng)3.2m，寬0.9m，深1.70m的基槽；(3)在試驗(yàn)溝里垂直埋兩根φ70mm鐵管，底部密封，深入地層0.30m，間距2.0m；(4)沿著試驗(yàn)基槽立模，保持內(nèi)模空間為長(zhǎng)2.5m，寬0.80m，高1.2m，模要立扎實(shí)，保證混凝土澆筑(5)首先澆筑0.30m砂漿墊層，再澆筑0.6m的混凝土，然后在兩根預(yù)埋管之間填入干的黃泥土塊，石塊厚度0.30m～0.5m，一邊緊貼模板，另一邊不貼。之后再澆厚0.6m的混凝土待凝12h；(6)待凝24h后，在已澆的混凝土上鋪一層厚0.05m～0.10m黃泥漿、泥砂，再澆0.7m厚的混凝土，做黃泥砌塊(80cm×20cm×20cm)放置在兩預(yù)埋管之間的中心位置。最后澆筑0.4m的混凝土找平即可；(7)待凝14d后進(jìn)行聲波測(cè)試。具體見圖3和圖4。

圖3 模擬防滲墻平面

圖4 模擬防滲墻剖面

4.5 模擬聲波測(cè)試方法

完成上述模擬試驗(yàn)方案后，混凝土等強(qiáng)14d進(jìn)行聲波測(cè)試。測(cè)試前，在預(yù)埋管內(nèi)沖滿水作為耦合劑，分別在測(cè)管內(nèi)放入聲波發(fā)射器和接收傳感器，把他們置于同一平面的水平高度，為盡可能檢測(cè)出具體某一深度防滲墻混凝土存在質(zhì)量問題，每間隔20cm提一次放置在兩孔內(nèi)的探頭測(cè)繩，待探頭穩(wěn)定后，采集數(shù)據(jù)。以此類推，直到測(cè)量結(jié)束。測(cè)量完成后，整理分析數(shù)據(jù)。

4.6 模擬聲波試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果

分析整理聲波模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)，具體信息見圖5。

圖5 模擬聲波測(cè)試成果曲線

通過圖5中聲速、聲幅曲線衰減情況分析，初步判斷在孔深0.6m、1.2m、2.3m左右處存在墻體質(zhì)量缺陷，與預(yù)先設(shè)置存在質(zhì)量缺陷的位置基本吻合。試驗(yàn)表明，超聲波法用于防滲墻墻體質(zhì)量檢查可行，能判斷出墻體存在質(zhì)量缺陷的具體位置，但具體存在什么樣的質(zhì)量缺陷，只有通過鉆孔取芯來判斷。

5 結(jié)語(yǔ)

超聲波法用于防滲墻墻體質(zhì)量的檢查，相對(duì)于其他檢測(cè)方法更方便、更快捷、更準(zhǔn)確，適合于廣泛推廣及普及。

本次防滲墻聲波檢測(cè)試驗(yàn)雖取得了一定的技術(shù)成果，但目前尚處于探究摸索階段，對(duì)數(shù)據(jù)分析處理的經(jīng)驗(yàn)不足，分析處理數(shù)據(jù)后結(jié)果偏差較大，需要進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)習(xí)和掌握。

鄒 剛(1970- )，男，四川南部縣人，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事水電施工技術(shù)與管理工作。

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