應用地震層析法評估連續墻的施工質量

目前地鐵施工中廣泛應用連續墻技術，它是一種先進的、多用途的圍護結構方案。對于在明挖基坑中修建地下車站來說，連續墻既是承載結構又是防滲漏的結構。連續墻方法的實質是：借助黏土泥漿的保護，在溝槽內建立垂直的連續墻，包括用挖土機挖出溝槽、下放綁扎好的鋼筋籠和向溝槽內灌注混凝土（圖?1）。

采用連續墻方法實際上可以建造任意深度的基礎和地下結構。通常結構的深度僅受挖土機作業可能性的限制。這一方法可以在各種地質和水文地質條件下，在沒條件采用咬合樁和其他護壁結構的條件下，以及在不能采用降水法和凍結法的條件下使用。此外，當地下水位很高、結構深埋于強度大和不透水的地層中，以及地下結構深埋、施工場地狹窄的情況下，連續墻法也能得到有效利用。

當人們列舉連續墻法的廣泛用途及其各種優點之際，不得不坦率地指出，這一方法存在一個不可忽視的缺點，即灌注連續墻的混凝土無一例外是按“盲式”進行的。因此有可能產生墻體的個別部位被含有土壤夾雜物的混凝土占位的不良情況。這種情況的發生，可能是由于溝槽側壁土壤在灌注混凝土時發生局部破壞；此外，混凝土在凝固前受含水地層的“潛蝕”作用導致混凝土強度的降低（圖?2）。

修建連續墻的這些不利因素，問題嚴重時可能導致基坑開挖時墻體突然失穩；問題不太嚴重時，可能導致墻體的局部破壞，由此產生地下水滲漏，影響工程質量和施工安全。

因此在開挖基坑之前，預先調查連續墻的施工質量，評估其連續性，確定薄弱區的位置和混凝土強度降低的區域，以便在基坑全面開挖之前采取補救措施，加固墻體結構，治理滲漏部位。

目前檢查建筑物的施工質量廣泛應用地球物理方法和非破損檢查診斷法，例如“內窺法”，利用地震聲波、超聲波、電磁波、X?光射線、熱射線等，觀察物體內部。內窺法可分為陰影法和定位法：陰影法是采用地震聲波和（或）其他波或射線，透視被研究物體；定位法是利用地震聲波和（或）其他波在被研究物體內傳播時對內部邊界和非同性體的反射。

圖?1?連續墻的施工（單位：mm）

圖?2?墻體個別部位被質量不佳的夾土混凝土占位

檢查連續墻施工質量最有效的方法是，研究地震聲波在鉆孔之間連續墻中的傳播。具體地說，在二維地震層析圖中研究彈性波傳播的動力參數與混凝土強度特性的關系。這種方法簡稱為“鉆孔間地震層析法”。

鉆孔間地震層析法是在?1?個鉆孔中激發彈性振動，而在另?1?個鉆孔中接收振動。為此，在綁扎鋼筋籠時要仔細地把其中填滿充填物的金屬導管（或塑料導管）綁扎在鋼筋籠上，與鋼筋籠一起下放到溝槽內，當混凝土灌注完成后，取出導管中的充填物，起到鉆孔的作用。為了獲得便于詮釋的高質量數據，根據經驗，鉆孔間的距離應取?5～15??m。測試工作完成后，鉆孔用混凝土灌滿。

在鉆孔間地震層析法的研究實踐中，根據具體任務和條件采用不同的觀測系統。照例，為了解決提出的任務，采用扇形觀測系統，保證了研究工作中的必要細節。扇形觀測系統中鉆孔之間聲的傳播是按?2?個相對方向實現的（圖?3）。

鉆孔研究數據的處理和解釋分成?2?個基本階段：①通過對地震層析圖的處理，建立層析速度與密度的剖面；②分析連續墻的連續性，評價混凝土的強度。

記錄地震的地震圖是處理數據的基礎。這些記錄是從離散的激振源位置上取得的（圖?4）。

根據處理的結果建立了大量依次排列的層析圖數據，它表示入射的縱波彈性振動在激振點與接收點之間的物體上走行全部時間的總和，也考慮了與每個激振點、接收點位置相應的空間坐標。

鉆孔間墻體地震調查的層析圖數據處理結果最終歸結為，得到了描述入射縱波在被研究物體中速度分布特點的運動剖面（圖?5、圖?6）。

基于縱波速度與受壓強度極限值之間的相互關系，根據速度分布數據確定強度。在理想的彈性小變形作用范圍內，被研究材料的縱波速度是不變的（與頻率無關）。這一特性可以用來解釋縱波速度Vp（頻率從?1??Hz到?2～5??kHz）地震量測結果，這是在實驗室應用超聲波（頻率在幾十到幾百千赫茲）對試樣測定的結果。基于超聲波速度和混凝土強度之間的相互關系公式，可以根據鉆孔之間地震聲波傳播的數據，確定地震波速度，評估連續墻混凝土的強度。

圖?3?應用地震層析法研究連續墻結構的連續性（單位：m）

圖?4? 展示鉆孔?6B?在深度?8～30??m?范圍內的入射波與反射波的地震圖（震源在鉆孔?7B?中，其深度距離連續墻上端?0.3?m）

圖?5?地震層析剖面：異常的低速度與基坑開挖后的目測研究資料的對照實例?1

抗壓強度是衡量混凝土質量的主要指標，據此確定混凝土的實際等級，進行與此相符的設計。

在測得抗壓強度極限分布的層析剖面圖的基礎上，初步查明了強度特性降低的部位，定量地評估強度參數降低的水平。

在上述實例中，展示了混凝土強度參數分布剖面（圖?7），它是根據地震層析剖面圖的數據計算出來的。

在鉆孔?2A、3A、4A?之間的剖面圖上，圈出?2?個強度指標降低的部位（用符號圈出），被圈出的部位混凝土強度在?17～20??MPa?之間，在鉆孔?6、7?之間的剖面圖上，圈出?2?個強度指標降低的部位（用符號圈出），被圈出的部位混凝土的強度在?16～20??MPa?之間。在這種情況下，無論是在鉆孔?2A、3A、4A?之間，還是在鉆孔6、7?之間，墻體強度估計平均不低于?25??MPa。因此，由這些資料可以看出，所揭示的速度異常區的面積尺寸和局部特性，強度降低的梯度大小，都不致于影響到連續墻的整體結構能力，但是它們的存在要求在開挖基坑時引起注意，并做好對這些部位加固的準備。

到目前為止，應用地震層析法檢查了圣彼得堡地鐵若干車站的連續墻結構總長?1??750??m。檢查結果表明，總的來說，已經高質量地完成了所有連續墻的施工，同時也揭示了個別面積不大（1～2??m2）、性質不太嚴重的質量問題。連續墻局部速度異常區，表現為墻體局部被含有土壤夾雜物的混凝土占位；混凝土強度降低區可能是由含水地層的“潛蝕”作用所引起。速度異常區的存在，大多數為基坑開挖后的目測所證實，以后必要時應對施工質量欠佳的部位采取結構加固和防滲漏的補救措施。

圖?6?地震層析剖面：異常的低速度與基坑開挖后的目測研究資料的對照實例?2

圖?7?鉆孔2A、3A、4A之間和鉆孔6、7之間的連續墻層析剖面實例