聲波CT技術在蘇洼龍水電站防滲墻質量檢測中的應用

杜 愛 明， 劉 誠

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

蘇洼龍水電站大壩上、下游圍堰防滲采用復合土工膜+塑性混凝土防滲墻+岸坡帷幕灌漿的防滲方案。上游圍堰防滲墻施工平臺高程為2 393.0 m，防滲墻軸線長度394.12 m，混凝土防滲墻最大深度87 m，厚度1.0 m，岸坡防滲帷幕沿兩岸堰肩接堰頂2 430.50 m高程，帷幕灌漿灌漿深度10 m，孔距1.0 m。下游圍堰防滲墻施工平臺高程2 387.0 m，防滲墻軸線長度375.82 m，混凝土防滲墻最大深度45.0 m，厚度0.8 m。蘇洼龍上游圍堰在正式施工之前，S46～S48作為試驗段。上游防滲墻體布置以及試驗段位置見圖1。

圖1 蘇洼龍水電站上游圍堰防滲墻分布及試驗段位置示意圖

1 聲波CT技術基本原理

聲波CT檢測是利用孔間、洞間及臨空面等施測條件，在被測區域采用一發多收的扇形觀測系統，即在一側單點發射，另一側進行多點排列接收，并按觀測系統設計逐點進行掃描觀測，構成致密交叉的射線網絡。然后根據射線的疏密程度及成像精度劃分規則的成像單元，運用彎曲射線追蹤理論，采用特殊的反演算法形成被測區域的波速圖像，并以此來劃分巖體的質量，確定地質構造及軟弱巖帶的空間分布。聲波CT檢測的精度和效果取決于被測區域地質體的分布形態、物理力學性質及彈性波傳播路徑等客觀因素；同時也與測試條件、觀測精度、射線網度、約束力度、單元劃分、反演算法、插值技術及圖示方法等主觀因素有關。典型測試布置見圖2。

通過聲波CT檢測，反映兩個鉆孔之間截面上的巖體物理力學特征，實現面積測量，具有單一鉆孔測量方法無可比擬的優勢，探測結果具有高精度、高可信度，對重點部位的剖面利用層析技術反演該剖面波速分布可以準確評價防滲墻體的均勻性及墻體與基巖的結合情況。聲波CT檢測結果最終為檢測剖面內的波速等值線圖，從波速等值線圖上可以看出低波速區域的分布形態、在檢測剖面中的具體位置，同時可獲得低波速區域波速值范圍。從而可確定低波速區域(可能的潛在漏水區域)連通情況，為補灌處理提供準確定位。

圖2 圍堰聲波CT檢測典型觀測系統示意圖

本次聲波CT檢測采用MC-6320非金屬超聲檢測儀并采用跨孔對穿探頭。聲波儀采樣道數為2道，采樣間隔0.03～1 024.00 μs，聲時測量精度0.03 μs，通頻寬度2Hz～500 kHz，發射電壓50 V/250 V/500 V/1 000 V。每對剖面孔間距6.0 m，射線角度水平方向上下各45°，點間距1.0 m。

2 實際應用

2.1 孔位布置

本次對蘇洼龍水電站上游圍堰防滲墻試驗段(46#～48#槽段)的預埋2對鋼管，分別分布于S46和S48槽，孔號分別為S46-1、S46-2、S48-1、S48-2，檢測完成后對S47槽進行兩個鉆孔取芯檢測。聲波CT檢測時，共對S46-1～S46-2、S46-2～S48-1、S48-1～S48-2共3對剖面進行檢測，每對剖面孔間距6.0 m，射線角度水平方向上下各45°，點間距1.0 m。

2.2 檢測成果

蘇洼龍水電站上游圍堰防滲墻試驗段聲波CT檢測的成果，經對相關數據處理分析，檢測成果解析圖見圖3。

圖3 S46-1～S48-2聲波CT檢測成果圖

從圖中可看出：

(1)頂面澆筑受泥漿等影響，孔深3.0 m以上區域存在相對低波速區域，低波速范圍主要在1.9～2.2 km/s之間。

(2)低于2.5 km/s的相對低波速區域主要集中在孔深3.0～12.0 m區域，該相對低波速區域附近存在較大面積低于2.75 km/s的波速區域，在10.0 m孔深附近，低于2.75 km/s的相對低波速區域有連通的趨勢；

S47-J1鉆孔取芯照片 S47-J2鉆孔取芯照片圖4 檢查驗證鉆孔孔取芯照片

圖5 檢查驗證孔聲波檢測成果圖

(3)S46-1～S46-2剖面孔深12.0～15.0 m區域也存在少量低于2.5 km/s的相對低波速區域。

總體而言，3 m以上受頂面澆筑影響，存在相對低波速區域，混凝土質量一般；3～12 m段局部存在相對低速區域；12 m以下區域無明顯低波速異常區域，墻體混凝土質量較好。

2.3 分析驗證

聲波CT檢測完成后，對S47槽段布置兩個檢查驗證孔(S47-J1、S47-J2)，孔布置位置及各方法綜合成果見圖3，鉆孔取芯(見圖4)并進行跨孔聲波(見圖5)和鉆孔電視檢測(見圖6)，驗證情況如下：

聲波檢測相對低波速區段為：單孔聲波檢查孔S47-J2的10.2～11.0 m孔段；跨孔聲波S46-2～S48-1號剖面10.5～11.0 m區段，跨孔聲波S47-J1～S48-1號剖面9.5～10.5 m區段，跨孔聲波S47-J1～S47-J2號剖面10.0～10.5 m區段。聲波檢測出的相對低波速區段為S46-2孔至S48-1孔之間的下方9.5～11.0 m區段且集中在單孔聲波檢查孔S47-J2附近，鉆孔電視檢測發現：檢查孔S47-J2在10.8 m處有一處2～3 cm厚的夾層，夾泥、沙等雜物(見圖6)，10.7～11.0 m段混凝土表面不平整。

圖6 檢查驗證孔鉆孔電視檢測成果圖(夾泥)

CT檢測成果表明：在10 m孔深附近低于2.75 km/s的相對低波速區域有連通的趨勢，聲波檢測、鉆孔電視檢測發現的低波速區域也在此區域中；聲波檢測和鉆孔電視檢測的結果和CT檢測結果吻合。

3 結 論

聲波CT檢測是近年來應用于混凝土防滲墻質量檢測的一項新技術，與傳統方法相比，其特點是分辨率高、無損快速、直觀可靠、信息量大，在工程實踐中逐漸完善和提高，聲波CT技術在理論研究、儀器研制、信號接收等方面取得了長足進步。實踐成果表明，聲波CT檢測技術在防滲墻無損檢測等方面具有良好的效果。但是，聲波CT檢測技術仍然存在圖像成果與實際對比研究較少，正反演算法不夠成熟、數據處理影響參數較多等許多需要解決的問題。