彈性波CT無損檢測法在水工混凝土防滲墻檢測中的應用

劉 盼

(遼寧省盤錦市大洼區水利局，遼寧 盤錦 124200)

隨著工程技術的不斷研究應用，水工混凝土防滲墻作為工程檢測的重要內容得到廣泛的應用發展。經長期的實踐探索，研發出一系列的無損檢測設備和諸多的檢測方法，如回彈法、鉆芯法、超聲法、貫入法、拔出法等[1-2]。這些方法雖然能夠直觀準確地檢測防滲墻質量，但其成本高、施工效率低，并且還會造成一定的損壞，實際使用時一般利用抽樣的檢測方式，不具備代表性且指標相對單一[3]。自水工混凝土領域引入醫用CT檢測技術以來，逐漸顯現出明顯的優勢。該方法主要是利用被檢測對象的物理力學參數與彈性波速之間的關系，全面準確地檢測評價目標體的整體情況。

我國諸多學者深入研究了工程檢測中彈性波CT技術的應用效果，如郭秀琴等對特大橋的橋墩質量利用彈性波層析成像法進行檢測，為判別被檢測橋墩混凝土不密實部位繪制出彈性波波速分布等直線圖，并以實際修復工程驗證了該方法的可行性和檢測結果的準確性；趙祥等對利用彈性波CT法檢測了防滲墻質量，混凝土澆筑墻的波速色譜圖符合質量標準要求，該技術具有較好適用性；李高等采用彈性波CT法檢測了河北承德半壁山危巖體，結果顯示該山體孔間巖體發育破裂；盧進延等通過開展彈性波CT和淺層地震工作，精細探測了西淋岡地區的斷裂情況，結果顯示對隱伏斷裂探測該方法具有較好實用性；鞏思園等對含有空區的混凝土運用彈性波CI技術進行試驗研究，驗證了空區探測時該方法的可行性；趙漢金等采用彈性波CT法勘查了某地鐵鉆孔之間溶洞的發育及其分布情況，證實了該方法的實用效果；陳湘華等對地下樁基礎結構利用彈性波CT和電磁波聯合法進行檢測，并鉆孔驗證了檢測結果準確性[4-10]。目前，地球物理探測技術逐漸成為評價及修復混凝土防滲墻質量的重要手段。文章以遼寧省盤錦市某水庫除險加固工程中的防滲墻質量利用彈性波CT法進行檢測，市政分析了該方法的快速高效性及其明顯優勢。

1 彈性波CT無損檢測

1.1 基本原理

近年來，CT技術被廣泛應用于巖溶精細探測、混凝土無損檢測等領域[11]。CT技術是一種采用特定的射線源和外部檢測設備，在不損傷研究“對象”內部結構的情況下獲取投影數據，利用計算機按照特定的數學與物理關系反演物體內部特定物理量的分布函數，以生成的二維圖像重現物體內部特征的檢測技術[12-13]。

實際檢測過程中，彈性波CT技術要利用激發和接受兩個鉆孔，在激發點與接收點之間彈性波沿射線路徑傳播形成密集的扇形交叉射線網格，用儀器記錄數據形成文件并讀取首波走時數據，大型矩陣方程(式1)利用聯合迭代重建算法進行求解，具體如下：

(1)

式中：Ti、Si為第i條射線的走勢和慢度值，Si為取單元i的速度倒數；lij為第j個單位在第j條射線內的路徑長度。

根據剖面上每個單元的彈性波速度利用專業軟件繪制出數據等值線圖和色譜圖，并結合彈性波剖面上的成像速度分布情況判斷防滲墻隱患分布位置、大小及其質量[14]。

1.2 波的物理特征

波總是按用時最小的路徑傳播，也就是傳播的路徑最短，而介質的孔隙度、彈性模量、密度等參數與波速的大小直接相關[15-16]。具體而言，墻體質量越好則彈性波的傳播速度越高，即防滲墻的凝固越好、密度越高、強度越大則波的傳播越快；反之，墻體強度越低、密度越小、內部存在夾泥沙或孔洞等缺陷時則波速會減小。所以，對于存在異?；蛉毕莸幕炷练罎B墻，依據彈性波的傳播特征可以檢測防滲墻的質量狀況。

2 實例應用

2.1 工程概況

遼寧省盤錦市某水庫除險加固工程采用普通混凝土防滲墻，設計埋入基巖深度≥1.5m墻厚0.6m，滲透系數不超過4.1×10-9cm/s，彈性模量24.0GPa，強度達到20MPa，地震波速超過3500m/s?；炷翝仓瓿珊?，養護齡期達到28d時利用彈性波CT法無損檢測防滲墻完整性，檢測方式選用單一孔接受和單一孔激發。

2.2 數據采集

本次采用HX-DHH-03J型電火花聲波發射震源和Strata Visor NZXP型淺層地震儀等儀器檢測設備，設置接收信道數12道，采樣長度0.03s，間隔31.00μs，激發點距和接收點距均為1.0m。

在發射孔孔底安設電火花探頭激發地震波，在接收孔孔底安設串狀檢波器接收地震波，選擇保存初至起調清晰、波形正常的記錄，然后向上移動電火花探頭約1m，再次激發地震波直至探頭移動到距離孔口或水位1m處；向上移動串狀檢波器至12m，重復以上測試過程直至移動到距離孔口或水位1m處，從而完成地震波CT斷面檢測，記錄現場測量的鉆孔孔口高程及其間距。測試過程中將3對鉆孔均勻布置于防滲墻中心線上，如圖1所示。

2.3 數據處理

采用彈性波CT成像軟件進行數據資料的處理，處理過程主要有數據編輯(如參數排列、坐標校正、數據提出)、數據分析(如校正地震波、濾波旅行時和觸發延時至拾取)、成像分析(如反演運算、選擇迭代次數和算法、設計網格尺寸)等，采用獲取的各單元(網格)速度繪制成彈性波速等值線圖和色譜圖。

2.4 成果分析

依據混凝土防滲墻設計要求，養護齡期達到28d后其縱波波速要≥3500m/s，當混凝土振搗不密實、防滲墻存在裂縫、孔洞和夾泥等質量缺陷時，縱波波速會<3500m/s。所以，結合防滲墻相關資料和斷面波速分布檢測結果，可以評判混凝土質量及其缺陷大小、位置[17-20]。

經檢測，鉆孔一的地震波剖面反演速度平均值3889m/s，波速度處于3600～4145m/s范圍；鉆孔二的地震波剖面反演速度平均值3905m/s，波速處于3502m/s～4028m/s范圍；鉆孔三的地震波剖面反演速度平均值3920m/s，波速處于3611m/s～4240m/s范圍?？傮w而言，混凝土防滲墻彈性波CT波速處于3600～4200m/s范圍，整體位于低速區，由此表明防滲墻的均勻性、連續性、整體性較好，澆筑質量能夠達到標準要求。

3 結 語

文章深入探討了彈性波CT無損檢測的技術原理及其過程，檢測分析了遼寧省盤錦市某水庫除險加固工程防滲墻質量，結果顯示防滲墻的均勻性、連續性、整體性較好，其澆筑質量能夠達到標準要求。工程實踐表明，彈性波CT無損檢測技術具有信息量大、圖像直觀、分辨率高等優勢，對于水工混凝土防滲墻質量檢測具有高效性、可靠性、實用性等優勢，較傳統的墻體損傷檢測技術表現出突出的優勢。