淺談聲波CT在圍堰防滲墻體系質量檢測中的應用

李東福　朱荀

【摘 要】作為基礎防滲重要方式的防滲墻應用廣泛。防滲墻的施工質量目前主要檢測手段為鉆孔取芯（配合注水試驗）和超聲波無損檢測等，聲波CT用于防滲墻墻體質量檢測的實例還不多。本文根據西藏DG水電站聲波CT對圍堰防滲墻墻體質量檢測工程實例，介紹聲波CT在防滲墻混凝土工程質量檢測中的應用，為類似項目提供參考。

【關鍵詞】西藏；DG水電站；聲波CT；防滲墻；質量檢測

1 工程概況

DG水電站位于西藏自治區SN市SR縣境內，為二等大（2）型工程，電站樞紐建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、引水發電系統及升壓站等組成。攔河壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程3451.0m，最大壩高118.0m，壩頂長389.0m。電站裝機容量為660MW。

西藏DG水電站上下游圍堰防滲體系由帷幕、混凝土防滲墻及復合土工膜組成，防滲墻軸線總長為232m，最大深度44m，防滲墻設計墻厚≥1.0m，單孔深入基巖≥1.0m，墻體材料為C30W8F150等級混凝土。根據設計要求，防滲墻墻體采用聲波CT進行質量檢測。

2 聲波CT檢測目的及工作布置

2.1 檢測目的

采用聲波CT法檢測防滲墻質量，其目的為：

（1）測試混凝土防滲墻體的聲速分布，以判定墻體混凝土的均勻性，檢查墻體內部是否存在架空、離析或蜂窩等隱患及各槽段結合處的連續性；

（2）測試混凝土防滲墻同基巖接觸部位的聲速分布，以檢查其是否存在膠結不密實或縫隙等缺陷及灌漿充填效果；

（3）測試墻下帷幕巖體的波速分布，以判定帷幕灌漿效果。

2.2 工作布置

（1）混凝土防滲墻質量檢測采用聲波CT，沿防滲墻軸線每2m布置一個鉆孔，激發、接收點距宜小于1/15孔間距；

（2）混凝土防滲墻檢測孔伸入墻下基巖1m，墻下帷幕灌漿聲波CT檢測結合帷幕檢查孔原則上待灌結束14天后進行，若壓水檢測孔孔距小于20m，則利用壓水孔進行CT檢測，若壓水檢測孔布置大于20m，則在兩壓水檢測孔中間增加物探檢測孔。

3 聲波CT檢測方法技術及現場控制措施

3.1 基本原理

聲波層析成像（CT）是利用聲波在巖土體介質中傳播的走時進行層析成像，從而得到成像區內巖體聲波速度的分布。聲波在傳播過程中遵循惠更斯原理，其首波在介質內沿聲波速旅行時最短的路徑傳播，利用這一原理研制成的聲波層析成像軟件，通過對實測聲波走時進行處理，可以較準確地重建出射線所掃描的區域內巖體聲波視速度的分布，確定出低速層的位置、空間分布和形態。

由聲波旅行時到聲波圖像生成需進行過程處理。射線路徑采用最小走時法進行聲波射線路徑反演，圖像重建采用DSART法，在每兩次迭代間隔，對圖像進行一次壓縮與恢復處理，以獲得較高的分辨率和精度。

3.2 觀測系統及處理技術

野外觀測系統采用定點發射和定點接收的扇形束觀測與同步觀測相結合，所用聲波頻率在100Hz～5000Hz，測試呼喚率（重復觀測率）為6.2%～7.5%，相對誤差小于5%。各檢測部位檢測方法如下：

（1）混凝土防滲墻采用預埋超聲管的方法進行檢測，檢測孔伸入墻下基巖1.0m，孔間距為2m。觀測方式為：激發點距為1m，接收點距0.2m，在激發孔中一點激發，在接收孔中上下45°范圍內接收，互換觀測系統；

（2）墻下帷幕檢測利用壓水試驗自檢孔，根據現場施工進度，孔間距為12m～24m，觀測方式為：激發點間距1.0m，接收間距0.5m，一點激發，全孔接收，互換觀測系統。

室內數據處理采用了SVD圖像反演方法，射線路徑采用最小走時技術進行追蹤，在反演計算過程中，首先選取1m×1m網格進行計算，單元格波速限高不限低，保證低波速不被遺漏，至誤差較小時，再加格。其中：混凝土防滲墻CT數據反演細分為0.2m×0.2m網格；墻下帷幕CT數據反演細分為0.5m×0.5m網格。繼續反演，直至誤差不再減少時，結束計算，求出各單元波速，最后輸出色譜圖。

3.3 現場控制措施

（1）現場測試前對探頭進行零聲時校正，測量檢測孔的孔深、孔斜，校核檢測孔各激發與接收間距；

（2）原始數據波形初至清晰，采樣間隔為0.1～1us，采樣長度不小于1024點，每5m校對一次距離，儀器發射和接收的計時誤差小于10us；

（3）同一剖面進行多個空間CT觀測時，保持觀測系統一致；

（4）同一部位的初檢及復檢工作使用同一臺儀器設備或不同儀器的校驗差值不超過1%；

（5）現場檢測過程中，嚴格按照相關規范與技術文件實施。

4 成果分析

4.1 地球物理特征

地球物理檢測的原理是被探測體存在物性參數的差異（常表現為介質的電、磁、彈性波速等物性參數），測區內混凝土防滲墻中缺陷部位（裂隙、架空區、離析或蜂窩等）與連續完整的混凝土墻體的聲波波速有較大的差異；混凝土墻體的聲速同墻下基巖（黑云母花崗閃長巖）聲波波速有較大的差異；基巖同巖體中不良地質發育帶的聲波波速有較大差異，因此，測區內具備較良好的地球物理檢測條件。

4.2 檢測成果

4.2.1 混凝土防滲墻檢測成果

經過聲波CT對防滲墻的檢測，墻體混凝土波速值在3000m/s～4400m/s之間。

混凝土防滲墻與基巖接觸部位聲波波速值均大于3600m/s，說明墻體與接觸段灌漿效果較好。

4.2.2 混凝土防滲墻檢測成果

根據防滲墻下帷幕灌后聲波CT測試結合灌后壓水試驗檢測資料得出：

（1）灌后基巖聲波波速值均大于4200m/s，符合設計文件中“壩基巖體工程地質分類標準”的弱風化下段（Ⅲ1）～微風化～新鮮巖體（Ⅱ）類別。

（2）綜合對比混凝土防滲墻聲波CT成果，墻下帷幕與基巖接觸段部位的波速值均大于3600m/s，墻體與基巖段灌漿效果較好。

5 結論

經過聲波CT對防滲墻墻體及墻下帷幕灌漿的檢測，墻體混凝土波速值在3000m/s～4400m/s之間，防滲墻與基巖接觸部位聲波波速值均大于3600m/s，防滲墻墻下帷幕灌漿灌后基巖聲波波速值大于4200m/s。檢測結果充分表明防滲墻墻體均勻密實，灌漿后墻下巖體較完整或裂隙充填較好。

聲波CT成像能夠較為直觀的反應各類介質的分布情況，其用于防滲墻墻體及帷幕灌漿質量的檢查，相對于其他檢測方法更方便、更快捷、更準確，適合于廣泛推廣及普及。

【參考文獻】

[1]文志祥，劉方文.聲波CT無損檢測技術在混凝土質檢中的應用[J].中國三峽，2002，9（7）：18-19.

[2]中華人民共和國電力行業標準.水電水利工程物探規程.北京：中華人民共和國國家發展和改革委員會，2005.11.endprint