付震亞

（湖南元吉工程檢測技術(shù)有限公司，湖南 長沙 410007）

隨著水利工程建設(shè)的發(fā)展，水庫大壩和堤防工程采用塑性混凝土防滲墻越來越普遍。為確保工程和人民生命財產(chǎn)安全，過去對防滲墻質(zhì)量效果檢測，主要采用高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)法及垂直反射法等檢測方法。在近幾年的發(fā)展過程中，隨著相關(guān)檢測技術(shù)的不斷研發(fā)和改進(jìn)，通過聲波透射法對混凝土防滲墻施工質(zhì)量進(jìn)行檢測，整個操作流程更加簡單并且實用性較高，所獲取的檢測工作參數(shù)更加準(zhǔn)確。探地雷達(dá)法在使用過程中的不足主要表現(xiàn)在使用頻率較低的天線時分辨率相對較低，無法測定出輕微的缺陷問題；垂直反射法可以對淺層的缺陷問題進(jìn)行定性反應(yīng)，但是無法確認(rèn)缺陷問題產(chǎn)生的具體深度情況；高密度電法在使用過程中，整體的操作流程相對比較復(fù)雜，因此綜合分析聲波透射法在混凝土防滲墻質(zhì)量檢測工作中的運(yùn)用效果比較明顯：整個操作流程更加簡單，適用性更高，所獲取的檢測參數(shù)更準(zhǔn)確。

1 聲波透射法檢測原理

聲波屬于彈性波的一種形式，如果將防滲墻混凝土視為一種彈性體介質(zhì)，則聲波會在防滲墻體中根據(jù)一定的規(guī)律進(jìn)行傳播。通過發(fā)射探頭發(fā)射出的聲波會經(jīng)過水的耦合，直接傳遞到聲測管內(nèi)部，同時防滲墻體混凝土介質(zhì)在傳播完成之后到接收管的側(cè)管部位，再經(jīng)過水體的耦合最終達(dá)到接收探頭位置。探頭的發(fā)射聲波會在發(fā)射點(diǎn)位和接收點(diǎn)位之間形成一種比較復(fù)雜的聲波反射場，發(fā)射的聲波會不斷沿著不同的傳輸路徑進(jìn)行擴(kuò)散傳播，最終可以達(dá)到聲波的接收位置。聲波的傳播時間各不相同，并且在聲波的傳輸過程中會存在一條傳輸時間最短的路徑。當(dāng)被檢測的混凝土墻體內(nèi)部存在夾雜泥沙、夾泥斷墻以及存在大面積孔洞等質(zhì)量缺陷問題時，會直接影響到整個墻體混凝土介質(zhì)的連續(xù)性，造成聲波的傳播路徑變得更加復(fù)雜，聲波會直接透過或者是繞過缺陷部位進(jìn)行傳播，在整個傳播路徑上會直接超過聲波直線傳播的路徑，進(jìn)而會造成聲波的實際傳輸時間延長，相關(guān)工作人員可以有效計算出聲波的傳播時間、判斷檢測部位存在的各種質(zhì)量隱患問題[1]。如圖1。

圖1 聲波透射法檢測示意圖

2 檢測步驟

1）連接所有儀器設(shè)備，檢查電源供電情況。

2）根據(jù)墻體深度和厚度大小選擇合適的換能器和儀器參數(shù)，當(dāng)采用自動檢測系統(tǒng)時，在墻體樁的檢測過程中不得隨意改變儀器參數(shù)。當(dāng)采用手動方法檢測時，在檢測過程中若需改變參數(shù)時，必須換算校正數(shù)據(jù)。

3）測量整個檢測系統(tǒng)的聲時初讀數(shù)。

4）將接收和發(fā)射換能器分別置于2 個聲測孔的底部，從底部開始向上提升逐點(diǎn)檢測，如果采用自動檢測系統(tǒng)，則將換能器升降絞車安置于聲測管軸線上，使換能器順利升降，顯示深度的數(shù)字相應(yīng)變化，深度、聲時及波幅等數(shù)據(jù)由接口電路同時輸入微機(jī)，每測完一個剖面的數(shù)據(jù)，應(yīng)及時存盤。如果采用手動方法，則應(yīng)保證換能器在聲測管中順利升降，相應(yīng)深度應(yīng)標(biāo)明在電纜線上，并同時記錄深度、聲時及波幅等數(shù)據(jù)。

3 聲波透射法檢查實例

3.1 工程概況

某水庫工程上游流域面積達(dá)到20 km2，總庫容為1 850 萬m3，大壩為均質(zhì)土壩，壩頂軸線長195 m，壩頂寬4.5 m，壩高29.3 m。由于在運(yùn)行過程中大壩產(chǎn)生了不同程度的滲水和漏水問題，對大壩全長采用塑性混凝土防滲墻結(jié)構(gòu)來進(jìn)行處理，最大墻體高度28.6 m，墻體寬度為0.65 m。后對大壩塑性混凝土防滲墻采用聲波透射法有效配合鉆孔取樣注水試驗進(jìn)行檢測，抽檢防滲墻長度15.5 m，抽樣鉆孔數(shù)量為3 個，現(xiàn)場注水實驗8 段，取芯樣共78 m，對混凝土墻的施工質(zhì)量情況進(jìn)行有效判斷。

3.2 檢測儀器設(shè)備選擇

在防滲混凝土墻質(zhì)量檢測過程中，測試工作使用的儀器為ZBL-U520A 型非金屬超聲波檢測儀，該儀器設(shè)備的采樣周期為0.05～400 μs，14 檔可調(diào)，聲時0.05 μs，放大增益82 dB，頻帶寬度10～250 kHz，接收靈敏度≤30 μV，增益0.5 dB，發(fā)射電壓65，125，250，500，1 000 V 可調(diào)，發(fā)射脈寬20 μs～20 ms。

3.3 現(xiàn)場檢測過程

現(xiàn)場檢測過程中，將換能器設(shè)備分別設(shè)置在防滲墻體的預(yù)埋孔當(dāng)中，通過自上而下與0.25 m 的點(diǎn)距來進(jìn)行檢測，通過逐點(diǎn)反復(fù)進(jìn)行探測之后，有效獲取在混凝土墻體當(dāng)中的傳播速率和時間。通過對聲波測孔進(jìn)行布置，根據(jù)2.0 m 的間距大小進(jìn)行灌漿孔設(shè)置，隨機(jī)位設(shè)置4 段同時包含15 個灌漿孔以及所組成的11 對聲波測孔[2]。

測試參數(shù)主要包含聲波的振幅、頻率、波速以及聲波的反射時間等，其中主要的判定數(shù)據(jù)為聲波波速以及聲波的振幅，必要的條件下也可以對聲波的波形變化情況進(jìn)行記錄。在常規(guī)的對測過程中，發(fā)現(xiàn)某個檢測點(diǎn)位產(chǎn)生波形異常的情況下，首先需要在該檢測點(diǎn)位上的上下點(diǎn)之間進(jìn)行加密處理，一方面可以有效驗證常規(guī)對策工作的實際結(jié)果，另一方面可以有效確認(rèn)異常部位的具體范圍，在確定測試時產(chǎn)生異常問題之后，則需要使用斜測法對其進(jìn)行進(jìn)一步探測和分析。

3.4 檢測數(shù)據(jù)分析與判斷

通過使用U520A 型非金屬超聲檢測儀進(jìn)行混凝土墻體測試，有效儲存原始的檢測工作資料，并且將其直接輸送到計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步處理，同時可以有效獲取原始聲波反射時間圖像信息，繪制出波速和孔洞深度對應(yīng)的曲線圖像（圖2 所示），打印出聲波透射法檢測數(shù)據(jù)表。

圖2 聲波測試結(jié)果

根據(jù)測量孔洞所對應(yīng)的聲波曲線變化特征、聲波透射法檢測數(shù)據(jù)表，有效進(jìn)行分段統(tǒng)計和分析，從中可以有效計算出各波段縱向波速的平均值大小，從超聲波的實際檢測成果分析和判斷，可以得出下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）防滲混凝土墻頂部的澆筑施工，會直接受到混凝土浮漿問題所產(chǎn)生的影響，混凝土材料比較疏松、含泥質(zhì)相對較多、膠結(jié)程度相對較差，因此對聲波的反射幅度衰減量比較明顯，孔洞深度在1.5 m 左右的情況下，超聲波的反射波信號比較微弱甚至?xí)邮詹坏健?/p>

2）在測孔深度達(dá)到3.5 m 左右時，對測孔深度范圍進(jìn)行確認(rèn)，保證在3.5～5.25 m 之間，再對聲測孔的孔洞深度范圍進(jìn)行二次確認(rèn)。在2.25～3.5 m 深度位置澆筑的混凝土，檢測過程中所產(chǎn)生的聲波衰減量非常明顯，并且縱波波速的平均數(shù)值大小為2.407 km/s，聲波的波幅明顯下降，可以反映出該段混凝土材料整體比較疏松并且膠結(jié)程度有所不足[3]。

3）對測孔深度范圍在13.50～15.5 cm 位置澆筑的混凝土材料，所對應(yīng)的聲波反射信號衰減量比較明顯，縱波波速的平均值大小為2.328 km/s，但是整體的波幅相對較高。由于孔洞位于兩個槽段的接頭位置，混凝土當(dāng)中所含有的泥沙量較多，但是混凝土的膠結(jié)程度相對良好[4]。

4）觀測孔深度范圍在21～26.0 m 位置，澆筑的混凝土所對應(yīng)的聲波信號衰減量相對較大，縱向波體的平均速率為2.518 km/s，同時波動幅度相對較低，底部混凝土當(dāng)中的泥質(zhì)含量及沉渣相對較多，混凝土膠結(jié)性能相對較差。根據(jù)對聲波的波幅波速信息的有效收集和分析，確認(rèn)該混凝土防滲墻上部結(jié)構(gòu)1.5 m 左右的位置，混凝土材料的質(zhì)量相對較差，對其進(jìn)行清理和復(fù)原，同時針對個別孔洞底部存在的低波數(shù)段總共長度達(dá)到9 m，建議在壩基灌漿施工過程中對其進(jìn)行灌漿處理。

4 結(jié) 語

綜上所述，在土壩與堤防塑性混凝土防滲墻質(zhì)量檢測時，采用聲波透射法具有操作簡單、快速、準(zhǔn)確性高，可定量分析出防滲墻墻體缺陷的大小和確切部位等優(yōu)點(diǎn)，可在類似水利工程中廣泛應(yīng)用。