聲波透射法在檢測塑性混凝土防滲墻質量中的應用

付震亞

（湖南元吉工程檢測技術有限公司，湖南 長沙 410007）

隨著水利工程建設的發展，水庫大壩和堤防工程采用塑性混凝土防滲墻越來越普遍。為確保工程和人民生命財產安全，過去對防滲墻質量效果檢測，主要采用高密度電法、地質雷達法及垂直反射法等檢測方法。在近幾年的發展過程中，隨著相關檢測技術的不斷研發和改進，通過聲波透射法對混凝土防滲墻施工質量進行檢測，整個操作流程更加簡單并且實用性較高，所獲取的檢測工作參數更加準確。探地雷達法在使用過程中的不足主要表現在使用頻率較低的天線時分辨率相對較低，無法測定出輕微的缺陷問題；垂直反射法可以對淺層的缺陷問題進行定性反應，但是無法確認缺陷問題產生的具體深度情況；高密度電法在使用過程中，整體的操作流程相對比較復雜，因此綜合分析聲波透射法在混凝土防滲墻質量檢測工作中的運用效果比較明顯：整個操作流程更加簡單，適用性更高，所獲取的檢測參數更準確。

1 聲波透射法檢測原理

聲波屬于彈性波的一種形式，如果將防滲墻混凝土視為一種彈性體介質，則聲波會在防滲墻體中根據一定的規律進行傳播。通過發射探頭發射出的聲波會經過水的耦合，直接傳遞到聲測管內部，同時防滲墻體混凝土介質在傳播完成之后到接收管的側管部位，再經過水體的耦合最終達到接收探頭位置。探頭的發射聲波會在發射點位和接收點位之間形成一種比較復雜的聲波反射場，發射的聲波會不斷沿著不同的傳輸路徑進行擴散傳播，最終可以達到聲波的接收位置。聲波的傳播時間各不相同，并且在聲波的傳輸過程中會存在一條傳輸時間最短的路徑。當被檢測的混凝土墻體內部存在夾雜泥沙、夾泥斷墻以及存在大面積孔洞等質量缺陷問題時，會直接影響到整個墻體混凝土介質的連續性，造成聲波的傳播路徑變得更加復雜，聲波會直接透過或者是繞過缺陷部位進行傳播，在整個傳播路徑上會直接超過聲波直線傳播的路徑，進而會造成聲波的實際傳輸時間延長，相關工作人員可以有效計算出聲波的傳播時間、判斷檢測部位存在的各種質量隱患問題[1]。如圖1。

圖1 聲波透射法檢測示意圖

2 檢測步驟

1）連接所有儀器設備，檢查電源供電情況。

2）根據墻體深度和厚度大小選擇合適的換能器和儀器參數，當采用自動檢測系統時，在墻體樁的檢測過程中不得隨意改變儀器參數。當采用手動方法檢測時，在檢測過程中若需改變參數時，必須換算校正數據。

3）測量整個檢測系統的聲時初讀數。

4）將接收和發射換能器分別置于2 個聲測孔的底部，從底部開始向上提升逐點檢測，如果采用自動檢測系統，則將換能器升降絞車安置于聲測管軸線上，使換能器順利升降，顯示深度的數字相應變化，深度、聲時及波幅等數據由接口電路同時輸入微機，每測完一個剖面的數據，應及時存盤。如果采用手動方法，則應保證換能器在聲測管中順利升降，相應深度應標明在電纜線上，并同時記錄深度、聲時及波幅等數據。

3 聲波透射法檢查實例

3.1 工程概況

某水庫工程上游流域面積達到20 km2，總庫容為1 850 萬m3，大壩為均質土壩，壩頂軸線長195 m，壩頂寬4.5 m，壩高29.3 m。由于在運行過程中大壩產生了不同程度的滲水和漏水問題，對大壩全長采用塑性混凝土防滲墻結構來進行處理，最大墻體高度28.6 m，墻體寬度為0.65 m。后對大壩塑性混凝土防滲墻采用聲波透射法有效配合鉆孔取樣注水試驗進行檢測，抽檢防滲墻長度15.5 m，抽樣鉆孔數量為3 個，現場注水實驗8 段，取芯樣共78 m，對混凝土墻的施工質量情況進行有效判斷。

3.2 檢測儀器設備選擇

在防滲混凝土墻質量檢測過程中，測試工作使用的儀器為ZBL-U520A 型非金屬超聲波檢測儀，該儀器設備的采樣周期為0.05～400 μs，14 檔可調，聲時0.05 μs，放大增益82 dB，頻帶寬度10～250 kHz，接收靈敏度≤30 μV，增益0.5 dB，發射電壓65，125，250，500，1 000 V 可調，發射脈寬20 μs～20 ms。

3.3 現場檢測過程

現場檢測過程中，將換能器設備分別設置在防滲墻體的預埋孔當中，通過自上而下與0.25 m 的點距來進行檢測，通過逐點反復進行探測之后，有效獲取在混凝土墻體當中的傳播速率和時間。通過對聲波測孔進行布置，根據2.0 m 的間距大小進行灌漿孔設置，隨機位設置4 段同時包含15 個灌漿孔以及所組成的11 對聲波測孔[2]。

測試參數主要包含聲波的振幅、頻率、波速以及聲波的反射時間等，其中主要的判定數據為聲波波速以及聲波的振幅，必要的條件下也可以對聲波的波形變化情況進行記錄。在常規的對測過程中，發現某個檢測點位產生波形異常的情況下，首先需要在該檢測點位上的上下點之間進行加密處理，一方面可以有效驗證常規對策工作的實際結果，另一方面可以有效確認異常部位的具體范圍，在確定測試時產生異常問題之后，則需要使用斜測法對其進行進一步探測和分析。

3.4 檢測數據分析與判斷

通過使用U520A 型非金屬超聲檢測儀進行混凝土墻體測試，有效儲存原始的檢測工作資料，并且將其直接輸送到計算機系統進行進一步處理，同時可以有效獲取原始聲波反射時間圖像信息，繪制出波速和孔洞深度對應的曲線圖像（圖2 所示），打印出聲波透射法檢測數據表。

圖2 聲波測試結果

根據測量孔洞所對應的聲波曲線變化特征、聲波透射法檢測數據表，有效進行分段統計和分析，從中可以有效計算出各波段縱向波速的平均值大小，從超聲波的實際檢測成果分析和判斷，可以得出下幾點結論：

1）防滲混凝土墻頂部的澆筑施工，會直接受到混凝土浮漿問題所產生的影響，混凝土材料比較疏松、含泥質相對較多、膠結程度相對較差，因此對聲波的反射幅度衰減量比較明顯，孔洞深度在1.5 m 左右的情況下，超聲波的反射波信號比較微弱甚至會接收不到。

2）在測孔深度達到3.5 m 左右時，對測孔深度范圍進行確認，保證在3.5～5.25 m 之間，再對聲測孔的孔洞深度范圍進行二次確認。在2.25～3.5 m 深度位置澆筑的混凝土，檢測過程中所產生的聲波衰減量非常明顯，并且縱波波速的平均數值大小為2.407 km/s，聲波的波幅明顯下降，可以反映出該段混凝土材料整體比較疏松并且膠結程度有所不足[3]。

3）對測孔深度范圍在13.50～15.5 cm 位置澆筑的混凝土材料，所對應的聲波反射信號衰減量比較明顯，縱波波速的平均值大小為2.328 km/s，但是整體的波幅相對較高。由于孔洞位于兩個槽段的接頭位置，混凝土當中所含有的泥沙量較多，但是混凝土的膠結程度相對良好[4]。

4）觀測孔深度范圍在21～26.0 m 位置，澆筑的混凝土所對應的聲波信號衰減量相對較大，縱向波體的平均速率為2.518 km/s，同時波動幅度相對較低，底部混凝土當中的泥質含量及沉渣相對較多，混凝土膠結性能相對較差。根據對聲波的波幅波速信息的有效收集和分析，確認該混凝土防滲墻上部結構1.5 m 左右的位置，混凝土材料的質量相對較差，對其進行清理和復原，同時針對個別孔洞底部存在的低波數段總共長度達到9 m，建議在壩基灌漿施工過程中對其進行灌漿處理。

4 結 語

綜上所述，在土壩與堤防塑性混凝土防滲墻質量檢測時，采用聲波透射法具有操作簡單、快速、準確性高，可定量分析出防滲墻墻體缺陷的大小和確切部位等優點，可在類似水利工程中廣泛應用。