聲波透射法在引調(diào)水工程地下連續(xù)墻完整性檢測中的應用

唐嘉洪

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣州 510635;2.廣東省水利新材料與結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心，廣州 510635)

收稿日期：2022-03-02；修回日期：2022-05-05

作者簡介：唐嘉洪(1991-)，男，本科，助理工程師，主要從事水利工程質(zhì)量檢測工作。

1 概述

超聲波透射檢測技術(shù)作為一種能夠高效檢測混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷的方法，已被廣泛應用于各類混凝土結(jié)構(gòu)的無損檢測中，如：混凝土灌注樁樁身質(zhì)量，地下連續(xù)墻的完整性、混凝土實體的強度等等。聲波傳播在正常且無缺陷的混凝土結(jié)構(gòu)中時波速及波長存在明顯的穩(wěn)定性和規(guī)律性，聲波在傳播路徑受到裂縫、斷裂、低密實度、夾泥等混凝土缺陷的影響后[1]，傳播至缺陷處的超聲波會隨之發(fā)生投射和反射，聲波波速及波長的穩(wěn)定性和規(guī)律性便會遭到破壞，傳播速度發(fā)生變化，一般情況下傳播速度會衰減，導致傳播時間延長，通過對聲波傳播參數(shù)的監(jiān)測，很容易發(fā)現(xiàn)波形畸變，波幅降低。工程實踐證明，應用超聲波透射檢測技術(shù)進行混凝土結(jié)構(gòu)缺陷檢測時，混凝土樁樁徑不能過小，否則，聲波換能器和檢測管之間的聲耦合測試誤差便會增大，一般情況下，該測試技術(shù)僅對樁徑在0.6 m以上的混凝土樁適用，從而進行缺陷類型、缺陷大小、缺陷空間位置等做出準確判斷。

超聲波透射檢測混凝土實體結(jié)構(gòu)完整性的基本原理較為簡單，是通過架設超聲脈沖發(fā)射源和接收換能器于預埋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的聲測管[2]，激發(fā)高頻彈性脈沖波同時通過高精度接收系統(tǒng)接收并記錄該脈沖波在混凝土結(jié)構(gòu)中的傳播過程及波形特征，若混凝土結(jié)構(gòu)中存在破損或不連續(xù)缺陷面，便會在相應的缺陷面形成波阻抗界面[3]，傳播至此處的超聲波也會隨之發(fā)生投射和反射，所接收到的投射能量大大降低；而若混凝土結(jié)構(gòu)中存在蜂窩、空洞、松散等病害時，將會引發(fā)超聲波的繞射和散射[4]。

在實踐過程時超聲波透射檢測也暴露出部分問題和局限性。楊筆將[5]提出，由于施工現(xiàn)場的復雜性，工人在聲測管安裝欠緊實時，下管后易造成管斜；混凝土澆筑后，當管理和保護不到位時，聲測管與混凝土結(jié)合部位易造成縫隙；檢測前聲測管內(nèi)沖灌不規(guī)范，管底易淤積堵塞。3種情形均會對最終的完整性判別結(jié)果造成失真、錯判，筆者認為此乃工程管理的問題，加強管理力度和規(guī)范操作便能消除隱患。韓亮等[6]提出，現(xiàn)用規(guī)范對聲測管埋設數(shù)量要求不足，無法避免出現(xiàn)檢測盲區(qū)，筆者認為即使增加聲測管的數(shù)量且合理布設，也僅能識別聲測管內(nèi)部的缺陷，聲測管外圍依然是測試盲區(qū)[7]。尤其對于有防滲要求的地下連續(xù)墻和止水樁等，邊角交接處往往是薄弱環(huán)節(jié)，易在缺陷處形成滲漏通道，工程實踐多以增加高壓旋噴水泥漿等手段予以配合即能減少影響。雖無法盡善盡美，可依然是目前主要檢測方法中，可靠、快速、經(jīng)濟、無需破壞等綜合優(yōu)點突出的檢測方法。

基于聲波透射法的可靠性，本文選用該方法檢測引調(diào)水工程地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的完整性情況。

2 工程概況

榕江關(guān)埠引水工程位于廣東省汕頭市潮陽區(qū)榕江支流南河，盾構(gòu)接收井地下連續(xù)墻和取水口地下連續(xù)墻為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻深為26.75～43 m，為有效快速檢測該結(jié)構(gòu)成型后的質(zhì)量，設計推薦采用聲波透射法檢測。施工單位按照規(guī)范要求在每幅被檢墻安裝金屬聲測管，墻身混凝土經(jīng)28 d養(yǎng)護后，建設、監(jiān)理、施工單位和檢測單位共同確定，抽取盾構(gòu)接收井地下連續(xù)墻6#槽和取水口箱涵段地下連續(xù)墻16#槽、18#槽、28#槽段開展質(zhì)量檢測。檢測工作正式開展前，檢測單位首先確認上述墻身預埋的聲測管是否完整有效，經(jīng)確認滿足要求后，有序開展相關(guān)檢測工作。各被檢墻身的信息見表1所示。

表1 檢測部位設計施工資料

3 檢測過程

3.1 檢測系統(tǒng)布置

榕江關(guān)埠引水工程取水口工區(qū)盾構(gòu)接收井地下連續(xù)墻及取水口箱涵段地下連續(xù)墻檢測儀器為北京智博聯(lián)生產(chǎn)的ZBL-U5700型非金屬超聲檢測儀、多通道換能器(廣州計量檢測技術(shù)研究院計量認證，證書編號：SX202101677)。檢測標準依據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106—2014)中對聲波透射法的具體規(guī)定[8]。

在開始榕江關(guān)埠引水工程連續(xù)墻具體施工之前，必須根據(jù)墻體橫截面設計尺寸將所需要的聲測管預先埋設在指定區(qū)域，主要作為換能器通道使用。安裝完畢開始測試后，則必須按照設計要求使2根聲測管歸并入1個作用組，超聲脈沖信號在水的耦合作用下從設置在1根聲測管中的換能器發(fā)出[9]，再經(jīng)由中間過程傳輸后，被設置在另1根聲測管結(jié)構(gòu)中的換能器接收，最終遍及連續(xù)墻各個檢測截面。超聲波檢測系統(tǒng)布置情況見圖1。

圖1 地下連續(xù)墻超聲波檢測系統(tǒng)示意

3.2 檢測方法

所謂的平測技術(shù)主要將兩個探頭分別安設在聲測管內(nèi)，為確保測試結(jié)果，兩個探頭安裝的高度必須一致，為保證聲測管介質(zhì)接觸良好，必須事先注滿清水。先將探頭事先安裝在和聲測管平面直線距離最近的混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)，待顯示器屏幕上出現(xiàn)正弦/余弦波等波形后，調(diào)整衰減倍數(shù)，并使顯示器屏幕上所顯示出的波首波幅值達到屏幕刻度的3～4格。完成一個水平高度測試后將探頭下放0.5 m，重新按照以上流程再次施測，直至到達管底。當前，在地下連續(xù)墻超聲波檢測中一般預埋4根聲測管，檢測3個側(cè)面才能完全包絡混凝土結(jié)構(gòu)。所采集到的聲波數(shù)據(jù)通過處理軟件自動處理，由檢測工程師根據(jù)處理結(jié)果進行地下連續(xù)墻混凝土結(jié)構(gòu)完整性判斷。若檢測結(jié)果顯示混凝土質(zhì)量完好，則完成測試，否則還應對異常位置加密測試。

為準確判斷地下連續(xù)墻缺陷類型、尺寸及空間位置，所以在施測過程中發(fā)射電壓、換能器等必須固定。此外，該引水工程取水口工區(qū)盾構(gòu)接收井地下連續(xù)墻及取水口箱涵段地下連續(xù)墻檢測所用換能器長度較短，超聲波所能達到的聲場有限，按照50 cm的間距布置測點必然存在漏測[10]，為此應將探頭盡量下移，檢測人員同時應加強對波形變化的觀察，如發(fā)現(xiàn)波幅大幅衰減、波形畸變，必須及時記錄，便于復測。

為方便地采集到全部聲參量，應在地下連續(xù)墻混凝土結(jié)構(gòu)缺陷判斷時采用聲時、波形、頻率、幅值綜合判斷法[11]。各聲參量中，幅值對混凝土結(jié)構(gòu)缺陷最為敏感，在地下連續(xù)墻檢測過程中，會因探頭偏離聲測管中心或貼住聲測管壁等情況而影響幅值讀數(shù)，為此該檢測過程使用的是帶定位器的壓電式徑向柱狀探頭。

4 缺陷判斷

4.1 缺陷判斷方法

根據(jù)規(guī)范JGJ 106—2014，可以采用波幅判斷法、PSD判斷法等進行混凝土結(jié)構(gòu)缺陷判斷：① 波幅判斷法，這一方法缺乏理論依據(jù)及工程驗證，由于混凝土結(jié)構(gòu)屬于非均質(zhì)材料，在實踐中也存在檢測到能量衰減一半值時并未發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的情況，故應慎用。② PSD判斷法：主要根據(jù)聲時—深度曲線確定混凝土結(jié)構(gòu)缺陷位置及類型，該方法能克服聲測管不平時可能導致的漏判問題，但是對于強度低、均質(zhì)的混凝土結(jié)構(gòu)，因聲時值變化不大，缺陷也無法在聲時～深度曲線上得到反映。為避免漏判，因結(jié)合波形畸變、波幅衰減、聲速變化等綜合判定[12]。

4.2 缺陷判斷結(jié)果

結(jié)合榕江關(guān)埠引水工程實際，綜合應用波幅判斷法和PSD判斷法，對取水口工區(qū)盾構(gòu)接收井地下連續(xù)墻及取水口箱涵段地下連續(xù)墻混凝土結(jié)構(gòu)的以下檢測結(jié)果進行分析(各剖面聲速、波幅等參數(shù)結(jié)果見表2，實測數(shù)據(jù)曲線示意見圖2～圖5)。

表2 聲波透射法檢測結(jié)果

1) 盾構(gòu)接收井地下連續(xù)墻6#槽：接收波形正常，3個剖面的聲速均不低于底限值，PSD曲線、聲速—深度曲線、波幅—深度曲線相對均勻，無畸變異常(見圖2)。

圖2 接收井6#槽實測數(shù)據(jù)曲線示意

2) 取水口箱涵段地下連續(xù)墻16#槽：接收波形正常，3個剖面的聲速均不低于底限值，PSD曲線、聲速—深度曲線、波幅—深度曲線相對均勻，無畸變異常(見圖3)。

3) 取水口箱涵段地下連續(xù)墻18#槽：接收波形正常，3個剖面的聲速均不低于底限值，PSD曲線、聲速—深度曲線、波幅—深度曲線相對均勻，無畸變異常(見圖4)。

圖4 取水口18#槽實測數(shù)據(jù)曲線示意

4) 取水口箱涵段地下連續(xù)墻28#槽：接收波形正常，3個剖面的聲速均不低于底限值，PSD曲線、聲速—深度曲線、波幅—深度曲線相對均勻，無畸變異常(見圖5)。

圖5 取水口28#槽實測數(shù)據(jù)曲線示意

根據(jù)上述檢測結(jié)果，依據(jù)規(guī)范JGJ 106—2014(表10.5.11樁身完整性判定)特征，綜合判定該引水工程盾構(gòu)接收井地下連續(xù)墻6#槽、取水口箱涵段地下連續(xù)墻16#槽、取水口箱涵段地下連續(xù)墻18#槽、取水口箱涵段地下連續(xù)墻28#槽完整性均為Ⅰ類，表明地下連續(xù)墻混凝土施工質(zhì)量良好，混凝土結(jié)構(gòu)中不存在裂縫、空隙、夾泥、欠密實、離析等缺陷。

5 結(jié)語

通過上述檢測分析，主要得出以下結(jié)論：

1) 聲波透射法檢測的工作效率較高，對結(jié)構(gòu)破壞性較?。?/p>

2) 針對能夠有效完成聲測管檢測的混凝土結(jié)構(gòu)，檢測結(jié)果較可靠，且能準確反應各個部位的混凝土密實情況。

綜上所述，超聲波透射無損檢測方法能較好的應用于混凝土結(jié)構(gòu)缺陷檢查及質(zhì)量判定中，能為混凝土工程的施工質(zhì)量提供指導。