超声波法在大深度基础混凝土防渗墙质量检测中的应用.pdf

水利水电技术第4 2卷2 0 l 1 年第 l 1期 超声波法在大深度基础混凝土防渗墙 质量检测中的应用 邓中俊 ，姚成林 ，贾永梅 ，房纯纲 ，钟春红。 ( 1 中国地质大学( 北京) ，北京 1 0 0 0 8 3 ；2 中国水利水电科学研 究院，北京 1 0 0 0 3 8 ； 3 湖南澧水流域水利水 电开发有限公司，湖南 长沙4 1 0 0 0 7 ) 摘要 ：利用在防渗墙 中预埋的灌浆管，使用跨孔超声波法、单孔超声波法和超声波 C T综合检测技 术对某 1 5 0 m深基础混凝土防渗墙浇筑质量进行综合检测，并进行 了钻孔取芯和钻孔电视验证。结果 表明，应用综合超声波检测技术对大深度基础混凝土防渗墙进行检测，是一种有效技术，检测准确度 高，检测结果准确可靠。 关键词 ：无损检测；综合超声波检测 ； 基础防渗墙 中图分类号 ：T V 5 2 3+ T V 5 4 3 8 文献标识码 ：B 文章编 号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 1 ) 1 1 0 0 6 9 0 5 Ap pl i c a t i o n o f ul t r a s o n i c d e t e c t i o n t o qu al i t y t e s t i n g o f s up e r - de e p f o u nd a t i o n c o n c r e t e c ut o ff wa l l D E N G Z h o n u n ， Y A O C h e n g l i n ， J I A Y o n g m e i ， F A N G C h u n g a n g ，Z H O N G C h u n h o n g ( 1 C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s( B e i j i n g ) ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a ；2 C h i n a I n s t i t u t e o f Wa t e r R e s o u r c e a n d H y d r o p o w e r R e s e a r c h B e i j i n g 1 0 0 0 3 8 ，C h i n a ；3 L i s h u i H y d r o&P o w e r C o r p o r a t i o n ， C h a n g s h a 4 1 0 0 0 7 ， H u n a n ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：W i t h t h e p r e e mb e d d e d g r o u t i n g p i p e ， a c o mp r e h e n s i v e t e s t i n g i s ma d e wi t h a d e t e c t i o n t e c h n o l o g y i n t e g r a t e d w i t h t h e h o l e - c r o s s i n g a n d s i n g l e h o l e u l t r a s o n i c d e t e c t i o n s a n d t h e u l t r a s o n i c C T o n t h e p l a c i n g q u a l i t y o f a f o u n d a t i o n c o n c r e t e c u t o ff wa l 1 wi t h t h e d e p t h o f 1 5 0 m ，a n d f u r t h e r mo r e ，t h e v e r i f i c a t i o n i s ma d e wi t h t h e me t h o d s o f c o r e d r i l l i n g a n d t h e d r i l l i n g t e l e v i s i o n i ma g i n g Th e r e s u l t s h o w s t h a t t h e i n t e g r a t e d u l t r a s o n i c d e t e c t i o n i s a n e f f e c t i v e d e t e c t i o n t e c h n o l o g y f o r t e s t i n g o f t h e f o u n d a t i o n c o n c r e t e c u t o f f w a l l wi t h l a r g e d e p t h；o f wh i c h n o t o n l y t h e p r e c i s i o n i s h i g h e r ，b u t t h e t e s t i n g r e s u l t i S a l s o c o r r e c t a n d r e l i a b l e Ke y wo r d s ： n o n d e s t r u c t i v e d e t e c t i o n ；i n t e g r a t e d u l t r a s o n i c d e t e c t i o n；f o u n d a t i o n c o n c r e t e c u t o f f wa l l 1 引言 近年来 ，国内超过 1 0 0 i n的基础混凝土防渗墙数 量开始增多 ，但截止到 目前 ，针对这种大深度基础混 凝土防渗墙尚无一套适当的检测技术手段 ，由于墙体 薄 ，深度大 ，一般的物探检测方法难以达到墙体质量 评价所要求 的检测深度 和准确度 ， ，这样便给墙 体质量的评价带来了困难。 某大型水利枢纽地处海拔 4 0 0 0 m 以上的 V型河 谷地带 ，覆盖层深达 4 0 0 m，基础防渗采用悬挂混凝土 防渗墙 ，墙体设计厚度 1 0 1 T I ，最大深度超过 1 5 0 m， 是目 前我国在建基础防渗墙施工中墙体深度最大的防 渗墙工程 ，在施工过程中采用了较多的新工艺与新技 Wa t e r Re s o u r c e s a n d Hy d r o p o w e r En g i n e e r i n g V o 1 4 2 No I I 术。为了检验这些新技术的可靠性 ，需对该墙体施工 质量进行 检测 ，以确保墙体的防渗效果达到设计要 求。笔者利用防渗墙体中预埋的灌浆管 ，采用综合超 声波检测技术 ，对该 大深度 防渗墙进行 了试验性检 测 ，检测结果经钻孑 L 取芯和钻孔 电视验证 ，表明在灌 浆管中利用综合超声波检测技术进行施工质量检测 ， 检测准确度高 ，效果较好 ，值得推广 。 2 检测原理 混凝土是一种复合材料，在其内部存在较多的 收稿 日期 ：2 0 1 1 0 2 2 2 作者简介 ：邓中俊( 1 9 8 2 一)，男 ，工程师 ，博士研 究生。 6 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 邓中俊， 等超声波法在大深度基础混凝土防渗墙质量检测中的应用 非连续结构面 ，使 混凝 土表现为各 向异性特征 ，并 且具有极其复杂的力学特性和声学特性。应用适 当 频率超声波进行检测 时，当混凝土无缺陷时 ，混凝 土呈现为连续均质体 ，超声波在其 中正常传播。但 是 ，当混凝土内部存在裂缝 、空洞等缺陷时 ，超声 波在其 中传播 过程 中 ，将产生反射 、折射 、散射和 绕射等多种传播异常现象 ，而这 些次级声 波的叠加 使得接收到的声波信号波形变得极其复杂 。超 声波 经过 缺 陷区域 后 ，接 收探 头接 收到 的波 的声学 参 数 ，如声时 、波幅 、频率 和波形 等将发生变化 ，一 般而言 ，混凝土 中微缺 陷越多 ，声时越长 ，波幅衰 减越大 ，波形 畸变也越大 ；混凝 土中的宏 观结 构面 越发育 ，结构强度越低 ，声波透射损失越大 。根据 这些声学 参数 的变化 ，可 以探测 混凝土 内部缺 陷 、 裂缝及质量 。 根据不同的检测原理 ，超声波法可以分为跨孔超 声波法和单孔超声波法两种，在实际应用中，两种方 法可以同时使用 ，相互验证 ，提 高检测结果 的准确 率。超声波 C T是跨孔超声波法的一个分支。 3 2 超 声波 C T 由于跨孔超声波法检测仅能识别缺陷【 叉域的垂直 深度 ，而无法判别 缺陷区域 位于两孔 之间的水平位 置 。为此 ，采用超声波 C T检测技术 ，在跨孔超声波 法发现有缺陷的局部区域使用超声波 C T检测 ，通过 计算 、成图，确定缺陷在两检测孑 L 之间的分布的具体 位置。超声波 C T检测仪器参数设置与跨孔超声波法 相 同。 3 3单孔超声波法 利用跨孔超声波法检测时，须具备两根声测管， 而 由于施工等各方面的原因，两管的扫孔深度不一致 时，如采用跨孔法检测 ，检测深度由深度较小的测管 深度决定 ，而单孔法则不受这一限制 ，检测范同可以 达到各个孔的扫孔深度 ，但单孔法超声波检测的范闱 较小。现场检测中选用频率为 2 0 k Hz 的一发双收探 头，收发问距 2 0 e m，记录深度步距 1 0 c m，有效检 测范围 5 0( 7 11 1 。 3 4验证 采用钻孑 L 取芯和钻孔电视两种方法验证检测结果。 3 NNN II 4 检测结果 由于大坝基础防渗墙墙体中一般都预埋有帷幕灌 浆用的钢管 ，作者利用已经预埋 的灌浆管作为超声波 检测管 ，而由于施工等各方面的原因，经常发生灌浆 管堵管现象 ，因而在检测前必须对灌浆管进行扫孑 L ， 确保超声波探头能够下放到预定 的检测深度 ，这样便 可利用既有条件 ，在不影响现场施工进度的情况下对 整个墙体进行施T质量无损检测 。 3 1 跨孔超声波法 现场检测技术方案如下。 清孑 L ，采用一段直径略大于换能器的圆钢作疏 通吊锤 ，逐根检查声测管的畅通情况 ； 向管内注满清水 ，作为超声波耦合剂 ； 用钢卷尺测量相邻声测管之间的声波传播距 离 ； 选择合适频率的超声波换能器和二次仪表参 数。 由于防渗墙深度超过 1 5 0 I T I ，声测管为钢管 ，且 两管间距 为 3 I n左右 ，根据 现场情 况 ，选用频率 为 4 0 k H z ，电缆长度为 1 7 0 m的超声波换能器 。测量参 数设置如下 ：连续触发，发射脉宽 l 0 s ，采样间隔 1 tx s ，发射电压1 0 0 0 V，记录深度步距 1 0 g i ll ，采样 点数 5 1 2 ，放大倍数 8 0 0 2 0 0 0倍 。 下面以某大深度 防渗墙某槽段为例 ，介绍利用 综 合超声波检测技术对大深度 防渗墙进行施T质量 检测 的检测结 果。在某槽 段 中桩 号 0+6 4 6 7 6和 0 +6 4 9 8 0两处预埋 了声测管 ，声测管 内径 1 0 0 t n 1 ， 净测距 2 9 4 m，槽段深度 1 5 2 I 1 1 ，声测管扫孔深度 1 4 2 1T I 。检测时先 采用跨孔 超声波法 进行普套 ，冉 利用超声波 C T和单孑 L 超声波法 进行重点部位 的 详 查 ，最后进行钻孔验证 。 4 1 跨孔超声波法检测结果 首先采用跨孔超声波法进行平行检测 ，对整个槽 段进行普查 ，通过数据处理 ，可以得到整个槽段的波 列 图和波列影像图，由于波列影像图较多，这里我们 只截取部分波速异常区域的波列图和波列影像图 ，如 下 图 1图 6所示 。 2 O l 0 2 0 3 O 2 O 5 0 2 0 7 O 2 0 9 O 21 1 0 21 9 O 2 2 l 0 2 2 3 O 2 2 5 O 4 5 0 5 5 0 6 5 0 7 5 0 8 5 0 声时 u s 图 1 波速异常区域 I 波 列图 水利水电技术第4 2卷2 0 1 1年第 1期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m g 1 8 0 O 1 9 O O 2 0 O O 2 1 0 0 2 2 o 0 2 3 0 0 2 4 0 0 2 5 O 0 量 送 4 5 0 5 5 0 6 5 0 7 5 0 8 5 0 声时 s 图 2波速异 常区域 l 波列影像 图 2 O 1 O 2 0 3 O 2 0 5 O 2 0 7 O 2 09 0 21 1 O 21 3 O 2】5 O 21 7 0 21 9 0 2 2 1 0 2 2 3 O 2 2 5 O 4 5 0 5 5 0 6 5 0 声时 u s 图 3 波速异 常区域 3 l 0 0 3 2 O 0 3 3 O O 3 40 O 器 3 7 O O 3 8 O O 7 5 0 8 5 0 波列 图 4 5 0 5 5 0 6 5 0 7 5 0 8 5 0 声时 u s 图 4波速异常 区域 波 列影像 图 波速 k m S 图5 缺陷部位 I 波速曲线图 通过跨 孔 超 声 波普 查 检 测 结 果 ，显示 在 深 度 水利水电技术第4 2 卷2 0 儿 年第 l 1期 邓中俊， 等超声波法在大深度基础混凝土防渗墙质量检测中的应用 波速 k m S 。 。 图 6 波速异常 区域 波速 曲线 2 1 0 2 1 5 m和 3 4 1 3 5 2 m两个部位存在波速异 常 ，超声波波形畸变较大，波幅衰减严重，推断这两 个部位存在波速异常区域 ，且 3 4 13 5 2 m范围内 波形畸变较 2 1 0 2 1 5 m严重 ，波速衰减 幅度和衰 减区域范围大 ，说 明 3 4 13 5 2 m范围内不均匀区 域体积较大。 图 7超声波 C T检查观测 系统布置示意 4 2 超声波 C T检测 由于上述跨 孑 L 超声 波检测在深度 2 1 02 1 5 m 和 3 4 13 5 2 m两个部位发 现波速异 常区 ，但异 常区域在水平方 向 2 9 4 m范 围内分 布的具体位 置 无 法确定 ，为此 ，对上 述 两个 部位 进行 了超声 波 C T检测 ，超声 波 C T检测 观 测 系统 布 置 图如 图 7 所 示 。 按照图 7所示的观测系统布置图，对深度范围为 1 9 5 2 3 0 I n和 3 2 5 3 6 0 m的两段进行 了超声波 C T检测，通过数据采集和计算，得到如图 8和图 9 所示的检测结果图。 根据超声波 C T检测 图，结果显示在深度 2 1 0 2 1 5 m和 3 4 1 3 5 2 m两个深度范围内存在波速较 低的区域 ，且深度位于 3 4 1 3 5 2 m处的低速 区域 范 围较大。此结果与跨孑 L 超声波检测的结果一致 ，验 7 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 邓中俊， 等超声波法在大深度基础混凝土防渗墙质量检测中的应用 l 9 5 2 0 0 2 0 5 基 。 。 2 1 5 2 2 0 2 2 5 2 3 O 色谱 ( m s ) 2 8 0 0 3 0 0 0 3 2 0 0 3 4 0 0 N 3 7 0 0 0 5 l 0 l 5 2 0 2 5 扎间距离 m 图 8 1 9 5 2 3 0 m超声 波 C T检测结果 ( 迭代 3 O次 ；误差 1 8 3 9 6 ) 3 2 5 3 3 0 3 3 5 E 3 4 0 3 4 5 3 5 O 3 5 5 3 6 0 3 6 5 色谱 、( m s ) 2 2 0 0 2 6 0 0 3 0 0 0 3 2 0 0 6 0 0 0 5 l 0 l 5 2 0 2 5 扎问距离 i 1 1 图 9 3 2 5 3 6 0 m超声波 C T检测 结果 ( 迭代 3 0次 ；误差 3 7 6 6 5 ) 证 了跨孔超声波法检测结果的可靠性 。 4 3单孔超声波检测 根据跨孔超声波法和超声波 C T检测的结果 ，发 现两个不均匀 区域均偏向于接收端一侧 ，且不均匀区 域距离接收孔较近 ，在单孔超声波检测的范围内，为 了进一步验证跨孔超声波法 和超声波 C T的效果 ，在 接收孔进行了单孔超声波检测，检测结果波列图如图 1 0和图 1 1 所示。 从图 1 0和图 1 】的检测结果波列 网显示 ，在深度 2 1 0 2 1 6 I l l 和 3 4 1 3 4 8 i n范 围内单孔超声波波 形畸变 和衰减 较大 ，且 3 4 13 4 8 1 i l 波形 衰减 较 2 1 0 2 1 6 i n严重。与跨孔超声波法检测结果和超 声波 C T检测结果一 一致。 2 0 4 0 2 0 6 0 2 O 8 0 2 1 0 0 2 1 2 O 21 4 0 2 1 6 0 2I l8 0 2 2 0 0 2 2 2 O 图 1 O深度 2 0 4 2 2 2 m 单孔超声波检测结果 3 3 6 O 3 3 8 O 3 4 0 0 c 3 4 2 O 3 4 4 0 越 g 3 4 6 O 3 4 8 O 3 5 0 0 3 5 2 O 3 5 4 0 5 0 1 5 O 2 5 0 3 5 0 4 5 ( ) 声时 u s 图 1 1 深度 3 3 6 3 5 4 m 单孔超声波检测结果 根据 以上 3种不 同的超声波检测方法 ，对防渗墙 同一部位进行检测结果表明，三种超声波检测方法的 检测结果一致 ，均表明在深度 2 1 02 1 6 n l 和 3 4 1 3 4 8 m范围内存在低速区，且 3 4 1 3 4 8 m范同 内的低速区体积 比 2 1 0 2 1 6 m范围内的低速区体 积 大 。 5钻孔验证 根据 以上运用跨孔超声波法、超声波 C T和单孔 超声波法等三种不同的检测方法对某大深度防渗墙某 槽段进行 的综合超声 波检测 ，检测结果发现在深度 2 1 0 2 1 6 m和 3 4 1 3 4 8 IT I 范围内靠近接收孑 L 的 一 侧存在两个低速区，为了验证这一检测结果 ，在两 检测管之间靠近接收孔一侧 ( 桩号 ：0+6 5 1 7 6 ) 进行 了钻孔取样验证和钻孑 L 电视成像验证。该部分区段岩 心不完整，孔壁进行 了钻孔电视成像 ，结果如图 1 2 和 1 3所示。 图 1 2和图 1 3钻孑 L 电视成像 结果 ，清 晰的 示 出在深度 2 1 0 2 1 6 m和 3 4 1 3 4 8 m两个区段 内出现 了混凝土不 密实 和塌孑 L 的现象 ，说 明上述两 个部位的确存在缺 陷 ，表明超声波检测结果 得到 了 验证。 6 结语 针对 目前国内大深度基础混凝土防渗墙较少 ，尚 7 K 利水电技术第4 2卷2 0 l 1 年第 1 1期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 4 1 3 4 2 3 4 3 3 4 4 3 4 5 宴 、3 4 6 3 4 7 3 4 8 3 4 9 3 5 0 3 5 1 图 1 2深度 2 1 0 2 1 9 m处孑 L 壁展开 图 2 I o 21 1 21 2 2 I 3 E 2I 4 2I 5 21 6 2I 7 2I 8 21 9 图 1 3 深度 3 4 1 3 5 1 m 处子 L 壁展开图 无一套完善的无损质量检测方法 ，本文介绍采用综合 超声波检测技术对某水利枢纽 1 5 0 r n大深度基础混凝 土防渗墙进行施工质量无损检测的实验性探索 ，根据 检测结果 ，布置钻孔 ，进行钻孔取芯 ，最后结合钻孑 L 电视得到验证 。试验结果表明 ：应用综合超声波技术 对大深度基础混凝土防渗墙进行无损检测 ，是一种有 效 、可行的技术 ，检测准确度高 ，缺陷定位准确 ，结 果可靠 ，值得推广。 但在应用过程中，需注意以下两点 ： ( 1 ) 在运用跨孔超声波法对大深度基础防渗墙施 工质量检测时 ，要尽量利用防渗墙中已有的灌浆管作 水利水电技术第4 2卷2 O l 1 年第 l 1 期 邓中俊， 等超声波法在大深度基础混凝土防渗墙质量检测中的应用 为检测管。因为墙体 薄，深度大 ，如果在墙体 中钻 孔 ，钻孑 L 容易偏出墙 ，难以达到墙体底部。利用灌浆 管进行检测不仅不影响工期 ，而且可 以节约检 测成 本 。此外 ，要尽量保证两检测管平行的延伸至墙底 ， 如果检测管不平行 ，会致使超声波传播距离发生较大 变化 ，导致声时变化幅度较大 ，这样对评价墙体质量 有一定影响。 ( 2 ) 与跨孔超声波法检测相 比，超声波 C T检测 具有较高 的分辨率 ，但现场检 测工作量较大 ，效率 低 ；跨孔法和单孔法检测速度快 ，可实时显示检测结 果 ，效率高。在实际检测时 ，几种检测方法可以配合 使用 ，先用跨孔法和单孔法进行普查 ，再对疑似存在 缺陷的部位进 行超声波 C T检测 ，这样便能更高效 、 准确地评价防渗墙的施工质量。 参考文献： 1 薛云峰 混凝 土 防渗 墙质量 控制及 检测技术研 究 D 长沙 ： 中南大学 ，2 0 0 5 2 邓凯斌 几种 无损检 测技术 在防渗墙 质量检测 中的应 用 J 水利水电科技进 展，2 0 0 7，2 7 ( 2 ) ：5 0 5 4 3 苏全 ，梁国钱 ，刘超英 超声波综合检测技术在防渗墙质量 检 测 中应用 J 中国农村水利水电，2 0 0 7 ( 6 ) ：8 3 8 5 4 白玉慧 ，冷爱 国 地 下防渗墙 快速无损检 测技术研究 J 水 运lT程 ，2 0 0 6 ( 3 )：1 0 2 1 0 5 ( 责任编辑欧阳越 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m