基于噪聲對(duì)某箱涵無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研究

周 祥

(云南恒誠(chéng)建設(shè)監(jiān)理咨詢(xún)有限公司，昆明 650000)

0 引 言

污水管涵工程是城市的排污干道。我國(guó)城市化建設(shè)已經(jīng)取得了較為豐碩的成果。不少城市早期修建的污水管涵出現(xiàn)了不同程度的破壞現(xiàn)象，已經(jīng)嚴(yán)重影響到城市污水的排放，對(duì)居民生活產(chǎn)生影響[1-2]。由于這部分管涵數(shù)量極為龐大，采用鉆探等方法加以檢測(cè)，其工作量較大，且會(huì)對(duì)待檢測(cè)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生永久性的損傷，同時(shí)檢測(cè)速度也較慢，在檢測(cè)過(guò)程中將會(huì)影響到城市道路的正常通行。目前，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)得到了充分的發(fā)展，在多個(gè)工程實(shí)踐中積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)，是一種成熟的技術(shù)。目前，管道滲漏常用的無(wú)損檢測(cè)方法包括：噪音法、沖擊彈性波法等。兩種方法在工程實(shí)踐中均取得了較多的成功案例。

1 無(wú)損檢測(cè)方法

1.1 滲漏噪聲監(jiān)控法

1.1.1 基本原理

如圖1所示,當(dāng)輸水管道局部破損產(chǎn)生滲漏時(shí),水在壓力作用下向管外噴出的同時(shí)產(chǎn)生哨叫,引起管道振動(dòng)并在管道內(nèi)形成渦流。管道動(dòng)的頻率主要由管道內(nèi)壓力以及破損點(diǎn)的大小決定[3]。在管內(nèi)壓力一定的情況下,滲漏越小,震動(dòng)頻率越高,反之滲漏越大,則振動(dòng)頻率越低。管道振動(dòng)的強(qiáng)弱(即振幅大小)由滲漏大小和檢測(cè)點(diǎn)到滲漏點(diǎn)的距離決定,當(dāng)滲漏點(diǎn)一定時(shí),振動(dòng)大小僅由檢測(cè)點(diǎn)到滲漏點(diǎn)的距離決定,離得越近振動(dòng)就越大。根據(jù)這一現(xiàn)象,我們?cè)诠軆?nèi)緊貼管壁以一定間隔(一般10-20m)設(shè)置許多檢波器(一種能夠感知水下聲音和振動(dòng)的傳感器),并用儀器連續(xù)地測(cè)量和記錄各個(gè)檢波器的輸出信號(hào),并通過(guò)數(shù)字濾波等手段消除掉平時(shí)的背景噪音,最后根據(jù)檢出信號(hào)的強(qiáng)弱和頻譜判斷滲漏的嚴(yán)重程度[4]。

圖1 滲漏噪聲監(jiān)控原理

1.1.2 聽(tīng)漏儀檢漏法

采用聽(tīng)漏儀進(jìn)行管道滲漏檢測(cè)的基本原理是聲學(xué)原理。在管道完整的情況下，流水的聲音主要為低頻、均勻分布的紊流水聲。當(dāng)管涵發(fā)生滲漏時(shí)，則可出現(xiàn)3種異常的水聲信號(hào)：①漏水與管道管材之間的摩擦聲，該聲一般頻率較高，多在600-3000Hz之間；②撞擊聲。該聲的出現(xiàn)主要是漏水水頭與周邊的管道、管壁之間撞擊而發(fā)出的聲音，該聲音頻率較低，多在80-1500Hz之間；③介質(zhì)的摩擦聲。管道出現(xiàn)滲漏時(shí)，則可攜帶污水中的沙粒、泥土等固體顆粒物，顆粒物在移動(dòng)過(guò)程中，將于物體之間摩擦從而發(fā)出聲音。根據(jù)測(cè)試成果可知，漏水聲的能量譜較為集中，主要是沿著管道、管內(nèi)水流傳播。一般情況下，在管線(xiàn)地面、檢修井等區(qū)域均可聽(tīng)到漏水聲。漏水聲的傳播距離和管道材料、所處的環(huán)境關(guān)系密切，一般情況下傳播距離可達(dá)幾十米甚至是幾百米。借助一些簡(jiǎn)易設(shè)備，如：聽(tīng)音棒、聽(tīng)音筒等，有時(shí)可在地面聽(tīng)到漏水聲，也可為管道滲漏檢測(cè)提供參考。聽(tīng)漏儀結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 聽(tīng)漏儀組成結(jié)構(gòu)圖

1.2 數(shù)據(jù)采集及處理

采用聽(tīng)漏儀檢測(cè)管道滲漏情況的步驟如下： ①信噪比設(shè)置。主要是為了放大電路增益，過(guò)濾有害的高頻老板噪音、增大輸入信息與輸出信號(hào)的反饋；采取方法如下：在傳感器與放大電路之間設(shè)置一級(jí)場(chǎng)效應(yīng)管即可通過(guò)電路提高阻抗；②選頻電路。主要通過(guò)濾波器來(lái)劃分頻段。通過(guò)微機(jī)設(shè)置的判決算法，利用高通、低通濾波器過(guò)濾無(wú)效頻率；③輸出與顯示。聽(tīng)漏儀輸出兩種信號(hào)。一是通過(guò)功放后輸出至耳機(jī)的聲音結(jié)果，可通過(guò)檢測(cè)人員的工程經(jīng)驗(yàn)實(shí)時(shí)判斷；二是將系統(tǒng)獲取的各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析、去噪后置于顯示屏上顯示。

聽(tīng)漏儀數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容如下：①系統(tǒng)增益。傳感器中采集到的信號(hào)一般情況下較為微弱，因此，需通過(guò)前置放大、功率方法等過(guò)程放大采集到的信息。前置放大、功率放大的增益分別為80dB、40 dB；放大后的信號(hào)信息變化將更加明顯，易于判斷。②信噪比。將儀器自身噪音折算到輸入端，計(jì)算可得到極其自身的信噪比>74dB。③帶通濾波。設(shè)置帶通濾波器截止頻率區(qū)間為186Hz-813Hz。在頻率為200-400Hz時(shí)，提高增益強(qiáng)度，以保證輸出信號(hào)具有低頻音質(zhì)和聲音厚度，400-800Hz時(shí)可降低增益強(qiáng)度，避免高頻層次感的缺失[5]。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

某污水管道建成時(shí)間較早，在污水的長(zhǎng)期沖刷、侵蝕、磨損作用下，各節(jié)箱涵出現(xiàn)了不同程度的滲漏現(xiàn)象，這一現(xiàn)象在箱涵間的伸縮縫處最為明顯。加之污水滲漏造成局部箱涵地基下陷，從而造成箱涵出現(xiàn)不同程度的不均勻沉降問(wèn)題，可能現(xiàn)狀部分伸縮縫已經(jīng)完全破壞，箱涵排污能力已經(jīng)受到較為嚴(yán)重的影響。根據(jù)箱涵設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，箱涵頂板、邊墻均采用混凝土材料，其中頂板厚度為0.5m、邊墻厚度為0.5m、中墻厚度為0.45m。箱涵混凝土材料目前較為均勻，采用聽(tīng)漏儀檢測(cè)滲漏情況較為合理。聽(tīng)漏儀無(wú)損檢測(cè)方案見(jiàn)圖3。

圖3 聽(tīng)漏儀檢測(cè)方案

2.2 檢測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)成果，根據(jù)設(shè)置的檢測(cè)區(qū)，數(shù)據(jù)處理完成后，滲漏檢測(cè)結(jié)果如下：混凝土箱涵內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性較好，基本上不存在滲漏現(xiàn)象。在伸縮縫(止水帶)處滲漏噪音較為明顯，部分伸縮縫(止水帶)已經(jīng)出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的滲漏現(xiàn)象。伸縮縫(止水帶)處需要采取處理措施，以保證污水箱涵作用的正常發(fā)揮。典型檢測(cè)時(shí)域波形見(jiàn)圖4。

圖4 時(shí)域波形圖(示例)

2.3 滲漏原因分析

混凝土箱涵是一種經(jīng)濟(jì)合理的輸水管道,因此,在國(guó)內(nèi)被普遍采用。傳統(tǒng)的平接口形式抗地基不均勻沉降能力很差,為適應(yīng)地基不均勻沉降和溫度變化的影響,鋼筋混凝土箱涵一般每隔15-20m設(shè)置一道伸縮縫,伸縮縫由止水帶、填縫材料和嵌縫密封材料三部分組成,加上箱涵頂部復(fù)土及附加荷載的作用。會(huì)引起箱涵接口上下嚴(yán)重錯(cuò)位和翹曲變形,造成箱涵接口止水帶的大變形,形成箱涵混凝土與橡膠接口止水帶之間的空隙,嚴(yán)重的使止水帶拉裂,止水失效,最終導(dǎo)致滲漏水?；炷料浜涌跐B漏的另一個(gè)原因是由于施工不當(dāng)所造成的,往往由于止水帶部位混凝土搗固不密實(shí)而留下的暗滲漏通道,引起箱涵接口滲漏。此外,由于使用年限較長(zhǎng),混凝土箱涵質(zhì)量劣化,導(dǎo)致箱涵出現(xiàn)裂縫,引起滲漏。

3 結(jié) 論

無(wú)損檢測(cè)方法在結(jié)構(gòu)物完整性檢測(cè)工程已經(jīng)受到了越來(lái)越多的應(yīng)用。噪音法無(wú)損檢測(cè)方法主要是利用噪音原理，分析管道的滲漏情況，從而獲取管涵的完整性情況。通過(guò)分析聽(tīng)漏儀的測(cè)試原理、數(shù)據(jù)采集和處理方法，并結(jié)合深圳某污水箱涵無(wú)損檢測(cè)方法的實(shí)例應(yīng)用，詳細(xì)介紹了噪音法無(wú)損檢測(cè)的實(shí)際使用方法。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，某污水箱涵伸縮縫(止水帶)滲漏現(xiàn)象較為嚴(yán)重，排污能力受到了較大的影響，亟需采取治理措施。