KODEN DM-684型超聲波孔壁檢測儀在地下連續墻施工中的應用

劉華

（中交二航局第一工程有限公司，湖北 武漢 430012）

1 工程概況

1.1 碼頭的結構形式

華電曹妃甸重工裝備制造基地一期項目碼頭工程位于唐山港曹妃甸港區三港池北側，碼頭岸線長375.6m，碼頭頂標高5.0m，前沿設計水深-11.5m。

碼頭結構由前墻、錨碇結構、拉桿、回填料和其它附屬設施組成。碼頭前墻為現澆鋼筋混凝土地下連續墻，厚1.1m，墻底標高-24.0～-28.0m，墻頂標高0.0m，頂部設有現澆混凝土胸墻。錨碇結構采用現澆混凝土錨碇墻，上部為導梁，下部為地連墻。前墻與錨碇墻間凈距33.5m，由直徑75mm的Q550成套鋼拉桿相連接，拉桿間距1.35 m。碼頭結構斷面見圖1。

圖1 碼頭結構斷面圖

1.2 工程地質條件

本工程施工場地內覆蓋層主要由第三系和第四系地層構成，在勘察深度范圍內主要為第四系海相地層。

施工區地層主要為粉砂、粉質黏土和粉土，其中粉細砂層和粉土層厚度在20m左右，地質條件對地下連續墻成槽施工極為不利，很容易造成槽壁傾斜和坍塌。

2 地下連續墻施工及其質量檢測方法

2.1 施工方法

地下連續墻共70段，每段長5.4m，如圖2。根據本工程地質條件以及地下連續墻槽段布置，經比選采用金泰SG40A液壓抓斗直接抓土成槽施工，施工過程中不斷注入護壁泥漿（泥漿指標見表1），以保證槽壁穩定。

圖2 一般槽段布置圖（單位：cm）

表1 護壁泥漿性能主要指標控制標準

成槽完成經檢測合格后下放鋼筋籠，然后澆筑混凝土，待混凝土達到一定強度后進行超聲波跨孔檢測地連墻的完整性（同樁基礎超聲波跨孔檢測）。

地連墻施工完成后，墻前側進行港池開挖，地連墻直接作為碼頭的主體承載結構，施工中成槽后槽壁垂直度檢測至關重要，直接關系到地連墻鋼筋籠能否順利下放、混凝土澆筑完成后墻體的表面平整度的質量，所以必須對成槽垂直度進行檢測，用以指導施工。

2.2 超聲波成槽檢測原理

在施工過程中，將超聲波傳感器放入槽孔中的泥漿里，可以對槽孔4個方向的孔壁狀態進行實時監測和檢測，包括槽寬、墻壁的垂直度、墻壁坍塌狀況等。檢測過程中泥漿作為聲波傳導和反射的阻抗界面，相對密度控制在1.15～1.2左右，以保證槽壁穩定。

檢測前對比了日本KE-200型和KODEN DM-684型超聲波孔壁檢測儀的檢測結果，由于前者檢測結果不佳，且一次只能檢測2個方向、要求泥漿密度甚低等問題，決定選用KODEN DM-684型超聲波孔壁檢測儀。全套設備由兩部分組成，檢測用絞車和自動記錄儀，測量精度0.2%，測深精度1%，最大測深108m，工作介質為ρ=1.15～1.20 g/cm3的泥漿，工作頻率f=100 kHz。

檢測工作時，首先由儀器振蕩器產生一定頻率的電脈沖，同時打開記時門，電脈沖經放大，經發射換能器變電能為聲能，通過泥漿介質以速度c向孔壁發射。聲波抵達槽壁即由槽壁產生反射，再經泥漿介質返回，被換能器接收，即變聲能為電能。與此同時，儀器在接收到第一個回波信號后，計時門關閉，并記錄聲波自發射至接收的時間t，儀器按公式s=1/2×c×t計算出所測距離。

檢測時，探頭的上下是隨儀器絞車的提升裝置從孔口降至孔底（為往測），也可從孔底提升至孔口（為返測）。在檢測過程中每隔一定時間測量一組聲時值，與此同時，在記錄儀的電火花紙上，即自動繪制出孔壁形狀。

2.3 超聲波孔形檢測

檢測前根據設計槽深、槽寬選擇輸入參數，本工程只檢測1.1m方向的槽壁，故手動輸入槽寬φ=1100mm，檢測時記錄儀會自動繪出2條點虛直線，即是檢測孔壁垂直度和槽寬的結果。

檢測范圍取R=1m（適應于槽寬0.7～1.5m的檢測范圍）。采用縱向比例尺1∶100，橫向比例尺1∶20。

控制泥漿的相對密度小于1.20。泥漿相對密度太大會使記錄圖譜模糊不清，甚至測不到孔壁的反射界面，必要時要更換泥漿相對密度。可以采用反循環清孔，但是清孔后不能立即檢測，因為泥漿中會含有氣泡，不利于超聲波的檢測，應等10min左右氣泡消失后再檢測。

檢測速度控制：檢測速度設定時，不能太快，對于孔深30m的孔，采用慢速檢測，測定速度設為3.0～4.0 m/min，檢測時間在10min左右，檢測效果最佳。

本儀器可以從槽頂至槽底進行往返測量，必要時對槽壁進行往返測量，對比圖形，以確保檢測正確。

由于地連墻段長5.4m，故每個槽段測量2次，測量位置為兩頭距槽段接縫距離1m處，成槽圖形2份，如2份圖形經判斷都合格，則該槽成槽質量合格。

3 成圖質量評定

評定檢測結果必須成圖清晰，能夠明顯地顯示槽壁形狀。如果槽段經檢測合格，則可進行下一道工序，如果經檢測，垂直度不合格，則進行修槽或回填處理，并分析原因，采取有效措施，確保成槽檢測合格，

本工程由于天氣、機器維修、人員操作等原因，地連墻成槽總計檢測39個槽段，78個測點，加上重測復測加測的23個點，累計101個測點，其中有13個測點由于槽壁坍塌或槽深不足，未能提供垂直度，余下88個測點經過分析統計：K＞1/150有13個，K=1/150～1/250有28個；K＜1/250有47個，88個測點垂直度平均值K=1/219＜1/150，符合規范垂直度K＜1/150的要求。

4 結語

在20多m厚的粉細砂層中進行地連墻成槽施工和檢測，具有很大的難度。 本工程采用了日本KODEN DM-684型超聲波孔壁檢測儀直觀地顯示出成槽槽壁的形狀、尺寸、垂直度等，有效地指導了施工，保證了工程質量。

[1] JTJ303—2003，港口工程地下連續墻結構設計與施工規程[S].

[2] 張寶華，關磊，陳福興.超聲波孔壁垂直度監測儀在DX樁中的應用[J].建筑技術開發，2001，28（6）：5-8.