彈性波CT 成墻檢測技術在龍湖工程防滲墻檢測中的應用

□許文峰 □崔文光 □鄧百印 □謝長福(中國水電基礎局有限公司)

1. 工程概況

鄭州引黃灌溉龍湖調蓄工程是一項為鄭州市農業(yè)灌溉調節(jié)水量為主，兼顧生態(tài)、景觀的綜合性水利工程。工程位于鄭州市鄭東新區(qū)——東風渠北、魏河南、中州大道以東、107國道輔道以西，工程等別為Ⅲ等，按50年一遇洪水設計，100年一遇洪水校核，調蓄池總庫容2680萬m3，建成后水域面積5.6km2，正常蓄水位85.5m，平均水深4.5m，最大水深7m。

根據龍湖水系的總體規(guī)劃成果，龍湖調蓄池水域面積5.6 km2，在湖周共設置寬度、深度不等的湖灣十余處，在龍湖中心地帶設橢圓形湖心島，在中間區(qū)域布置一個橢圓形的中心湖。龍湖調蓄池防滲采用綜合防滲方案，即垂直防滲與水平防滲相結合。沿主池區(qū)湖岸布設一道塑性混凝土防滲墻（垂直防滲），在湖灣處取直。塑性混凝土防滲墻總長約23.36km，主池區(qū)湖周防滲墻長度為16.89km，湖心島內外側防滲墻長度為6.47km，防滲墻總面積81.93萬m2。防滲墻墻頂高程與湖周護岸體或湖底壤土鋪蓋緊密連接，底部高程至相對不透水層以下≥1m。塑性混凝土防滲墻設計厚度為40cm，墻深≤50m。本工程防滲墻設計施工深度為入第⑤層≥1m，深度在36～40m之間。

2. 彈性波CT完整性檢測方法的原理

彈性波CT檢測是利用位于同一平面上的預埋孔，由其中一個預埋孔激發(fā)彈性波，另一個預埋孔接收彈性波，在兩邊之間作出大量交叉的彈性波射線，讀取各彈性波射線的初至時間，把每一條射線的激發(fā)點坐標、接收點坐標和地震波初至時間輸入計算機，使用彈性波CT專用處理軟件，將斷面之間劃分為M×N個混凝土小單元，經計算機多次迭代擬合運算，得到斷面上各混凝土單元的彈性波速度，作出聲速等值線圖和色譜圖。根據斷面上彈性波速度及分布評價混凝土的質量，判斷內部缺陷混凝土及位置。

3. 防滲墻完整性CT成像檢測方法

3.1 抽樣檢測方法

根據本項目招標文件中的技術要求，防滲墻完整性檢測抽檢方法：一是對本標進場前已完成的防滲墻，在防滲墻左右兩側按20m孔距布設檢測孔，對防滲墻進行彈性波CT檢測；二是對進場之后澆筑的防滲墻，在墻體內埋設鋼管作為檢測孔，孔距一般按20m考慮；三是抽檢樣本覆蓋全部防滲墻墻體，共計約82萬m2墻體，抽樣率100%。

3.2 墻外鉆孔

3.2.1 鉆機設備

防滲墻鉆孔使用SGZ-1A型鉆機，鉆機安裝應滿足如下要求：一是鉆機平臺及腳架應牢固；二是立軸鉆桿應平直，使用單管鉆具，鉆桿直徑宜為50mm；三是采用90mm金剛石鉆導墻混凝土，利用90mm合金鉆頭鉆下部土層，泥漿護壁，防止塌孔。

3.2.2 開孔

一是開孔前應確定孔位，孔位應緊貼防滲墻側壁并避開墻段接頭1m以上。孔位應做好標記；二是鉆機就位后應對準孔位，調校鉆具保持鉛直，并隨時校正鉆孔的角度。

3.2.3 鉆孔

一是選擇單管鉆具鉆進；二是鉆具長度宜為2m，每次鉆進進尺≤2m，芯樣應按次序在巖芯箱中擺放，并做好卡片記錄，并對芯樣進行詳細的描述；三是控制轉速，用泥漿護壁鉆進，防止鉆孔插入墻體；四是鉆進防滲墻以下地層1m終孔，鉆進過程應詳細做好記錄；五是若出現鉆孔偏入墻體，應立即停鉆并報告項目負責人，查明偏斜的原因,等待處理；六是鉆孔結束后，下外徑≥65mm的PVC管護壁；七是待彈性波CT完成后，及時封孔。

3.3 預埋管施工

3.3.1 預埋管材料墻內預埋鋼管采用直徑57mm、壁度2～3mm的鋼管，以滿足抗變形能力的要求。

3.3.2 預埋管加工

把長度為6m、9m的鋼管兩端加工螺紋和接頭,可連接成不同長度的鋼管。根據防滲墻施工深度，計算鋼管配置節(jié)數和長度，鋼管應高出防滲墻頂1.0m以上；鋼管在現場搭接，底端焊接密封，頂端加蓋保護。

3.3.3 預埋管安裝

根據現場情況,以平均約20m的間隔確定預埋鋼管位置。當槽段開始澆筑前,在預埋鋼管位置將鋼管逐根連接后放入深槽，深度每間隔約10m用一個支架固定鋼管，防止鋼管轉動。鋼管密封防止異物和泥漿進入，鋼管應插入深槽底部20～30cm，使其底端固定；鋼管保持鉛直，鋼管頂端一般應低于導墻頂面而高出泥漿面；然后固定頂端，在澆筑混凝土過程中應防止鋼管傾斜和移位。

3.3.4 預埋管安裝要求

一是預埋管應順直，其彎曲度應<1%；二是預埋管孔位宜布置在相鄰混凝土導管間的中心位置或槽孔端頭；三是預埋管底部和上端應予以固定，中部應用鋼筋定位架定位，定位架間距為10m；四是保護好預埋管防止異物墜入。

4. 完整性CT成像現場檢測

一是收集防滲墻設計、施工及鉆孔取樣資料，檢測時防滲墻混凝土齡期應>28d；二是測量鉆孔間距和鉆孔孔口高程及孔口管高度；三是打開鉆孔孔口蓋或預埋管蓋板，經通孔無障礙后，放入測斜儀測量鉆孔垂直度，校正激發(fā)孔與接收孔距離；四是兩只鉆孔或預埋管分別放入電火花探頭和檢波器串，電火花震源應由專人操作，按照儀器操作手冊操作與防護，確保安全使用；五是電火花探頭放到孔深1m處，用電火花震源激發(fā)彈性波，檢波器串放到另一孔孔深0~22m段，各接收點的位置分別處于孔深0、2、4…44m，接收彈性波記錄；然后將檢波串向下移動1m，再次激發(fā)彈性波，使檢波器串的孔深為1~23m段，各接收點的孔深位于1、3、5m………直至孔底，從而實現全孔段1m間距的彈性波接收，達到較高的效率；六是選擇保存彈性波波形正常、初至起跳清晰的記錄；七是將電火花探頭逐步下放到2、3 m、……重復上述過程檢測，依次逐點檢測，直至孔底，則完成全斷面的彈性CT檢測。

5. 完整性CT成像資料整理與分析

采用彈性波CT專用軟件處理彈性波CT資料，資料處理內容包括：一是讀取各記錄的彈性波射線初至時間，繪制激發(fā)、接收點坐標、射線旅行時一覽表；二是根據地質地球物理條件、觀測系統(tǒng)、成像精度、分辨率和任務要求選擇和建立數學物理模型，網格單元尺寸不應小于測點間距，單元總數不宜大于射線條數；模型的初始值和約束極值可由已知條件、經驗值、現場試驗計算等方法得出；三是彈性波CT資料處理使用自主開發(fā)并經驗證、審核批準的彈性波CT軟件，根據地震波CT處理軟件要求，輸入每條射線的激發(fā)點、接收點坐標及旅行時，形成原始數據文件（軟件界面見圖1）；四是選取適當的單元尺寸、擬合次數、阻尼系數等參數，經計算機多次迭代擬合運算，得到斷面上各單元的混凝土速度，作出波速色譜圖或波速等值線圖；五是根據有關工程檢測資料和施工經驗，塑性混凝土的波速范圍在2000～3000m/s，當混凝土存在裂隙、空洞、夾泥或不密實等缺陷時，其波速一般在<1900m/s，因此根據檢測斷面波速分布，結合防滲墻其他資料綜合分析，可以評價防滲墻混凝土的質量，判斷混凝土缺陷及位置，并通過對防滲墻鉆孔取樣作進一步驗證與確定。

圖1 彈性波CT軟件界面圖

6. 檢測異?，F象及處理措施

6.1 彈性波初至不清晰

完整性CT檢測時，取得波形良好、初至清晰的記錄十分重要。若出現初至不清晰現象，排除儀器故障原因后，最大可能是激發(fā)能量不足，通過提高電火花充電電壓（但在許可范圍內）或增加電容，可以達到增大能量的目的。

6.2 完整性CT檢測波速異常

當完整性CT檢測，經CT處理發(fā)現斷面波速總體偏高或偏低，則有以下幾種情況：一是彈性波檢測的儀器開門時間不正常，導致彈性波的初至時間讀數偏大或偏小，應重新儀器的開門閥值重新檢測，或尋找開門標記信號重新讀數；二是鉆孔間距不對或激發(fā)、接收點位置錯誤，重新測量鉆孔間距，檢查激發(fā)點、接收點位置；三是鉆孔傾斜過大，重新進行鉆孔測斜。

7. 檢測結果與分析

龍湖塑性混凝土防滲墻施工軸線總長度約23km，設計墻厚0.4m，平均深度約38m，總成墻面積約85萬m2左右。按平均約20m為一個檢測彈性波檢測斷面，共劃分彈性波CT檢測段1195段，通過對這些檢測段墻體進行彈性波CT檢測，檢測成果基本上滿足龍湖防滲墻施工設計要求。取得了較為滿意的檢測成果。

從N68～N71剖面波速等值線和波速色譜圖上可以看出，防滲墻彈性波速度范圍為2000～3000m/s，滿足檢測范圍在2000～3000m/s的標準要求。圖像顯示墻體塑性混凝土波速正常，未發(fā)現明顯的低速異常區(qū)；判定該剖面防滲墻較完整，混凝土連續(xù)性較好。

8. 結語

一是與傳統(tǒng)的檢測方法相比，彈性波CT檢測成果具有直觀圖像直觀可靠、信息量豐富、適用性強的特點。實踐成果表明，彈性波CT檢測技術在工程地質勘察、防滲墻無損檢測等方面具有良好的檢測效果。二是通過防滲墻墻體介質和湖周邊土體介質的物理性質差異，以及工程實踐表明，彈性波CT檢測技術課用于防滲墻的質量檢測，調查成形狀況及可能存在的內部缺陷。本文所述的龍湖工程實例中，檢測結論與有關地質或施工情況較吻合，局部被鉆探證實。三是彈性波CT檢測成像技術對探測混凝土防滲墻中的離析、裂紋等低速缺陷具有明顯的效果，可滿足工程檢測的需要。四是目前，有許多專業(yè)機構在多年的檢測實踐中布斷的進行試驗研究，甚至立項進行科研攻關，并且初步總結了一些檢測的規(guī)律和原則，但到底如何準確無損的檢測防滲墻的厚度、連續(xù)性和密實性，至今仍處于探索階段。同時，在理論和實踐等諸多方面仍存在許多技術問題有待解決。五是在裂紋、膠結不良等缺陷性質和尺寸的準確性和定量方面，檢測精度有時較低，所以，有待于檢測實踐和試驗研究中不斷探索，提高現場測試技巧和精細分析水評來進行綜合解釋判斷。

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