聲波透射法在引調水工程地下連續墻完整性檢測中的應用

唐嘉洪

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣州 510635;2.廣東省水利新材料與結構工程技術研究中心，廣州 510635)

收稿日期：2022-03-02；修回日期：2022-05-05

作者簡介：唐嘉洪(1991-)，男，本科，助理工程師，主要從事水利工程質量檢測工作。

1 概述

超聲波透射檢測技術作為一種能夠高效檢測混凝土結構質量缺陷的方法，已被廣泛應用于各類混凝土結構的無損檢測中，如：混凝土灌注樁樁身質量，地下連續墻的完整性、混凝土實體的強度等等。聲波傳播在正常且無缺陷的混凝土結構中時波速及波長存在明顯的穩定性和規律性，聲波在傳播路徑受到裂縫、斷裂、低密實度、夾泥等混凝土缺陷的影響后[1]，傳播至缺陷處的超聲波會隨之發生投射和反射，聲波波速及波長的穩定性和規律性便會遭到破壞，傳播速度發生變化，一般情況下傳播速度會衰減，導致傳播時間延長，通過對聲波傳播參數的監測，很容易發現波形畸變，波幅降低。工程實踐證明，應用超聲波透射檢測技術進行混凝土結構缺陷檢測時，混凝土樁樁徑不能過小，否則，聲波換能器和檢測管之間的聲耦合測試誤差便會增大，一般情況下，該測試技術僅對樁徑在0.6 m以上的混凝土樁適用，從而進行缺陷類型、缺陷大小、缺陷空間位置等做出準確判斷。

超聲波透射檢測混凝土實體結構完整性的基本原理較為簡單，是通過架設超聲脈沖發射源和接收換能器于預埋混凝土結構內的聲測管[2]，激發高頻彈性脈沖波同時通過高精度接收系統接收并記錄該脈沖波在混凝土結構中的傳播過程及波形特征，若混凝土結構中存在破損或不連續缺陷面，便會在相應的缺陷面形成波阻抗界面[3]，傳播至此處的超聲波也會隨之發生投射和反射，所接收到的投射能量大大降低；而若混凝土結構中存在蜂窩、空洞、松散等病害時，將會引發超聲波的繞射和散射[4]。

在實踐過程時超聲波透射檢測也暴露出部分問題和局限性。楊筆將[5]提出，由于施工現場的復雜性，工人在聲測管安裝欠緊實時，下管后易造成管斜；混凝土澆筑后，當管理和保護不到位時，聲測管與混凝土結合部位易造成縫隙；檢測前聲測管內沖灌不規范，管底易淤積堵塞。3種情形均會對最終的完整性判別結果造成失真、錯判，筆者認為此乃工程管理的問題，加強管理力度和規范操作便能消除隱患。韓亮等[6]提出，現用規范對聲測管埋設數量要求不足，無法避免出現檢測盲區，筆者認為即使增加聲測管的數量且合理布設，也僅能識別聲測管內部的缺陷，聲測管外圍依然是測試盲區[7]。尤其對于有防滲要求的地下連續墻和止水樁等，邊角交接處往往是薄弱環節，易在缺陷處形成滲漏通道，工程實踐多以增加高壓旋噴水泥漿等手段予以配合即能減少影響。雖無法盡善盡美，可依然是目前主要檢測方法中，可靠、快速、經濟、無需破壞等綜合優點突出的檢測方法。

基于聲波透射法的可靠性，本文選用該方法檢測引調水工程地下連續墻結構的完整性情況。

2 工程概況

榕江關埠引水工程位于廣東省汕頭市潮陽區榕江支流南河，盾構接收井地下連續墻和取水口地下連續墻為鋼筋混凝土結構，墻深為26.75～43 m，為有效快速檢測該結構成型后的質量，設計推薦采用聲波透射法檢測。施工單位按照規范要求在每幅被檢墻安裝金屬聲測管，墻身混凝土經28 d養護后，建設、監理、施工單位和檢測單位共同確定，抽取盾構接收井地下連續墻6#槽和取水口箱涵段地下連續墻16#槽、18#槽、28#槽段開展質量檢測。檢測工作正式開展前，檢測單位首先確認上述墻身預埋的聲測管是否完整有效，經確認滿足要求后，有序開展相關檢測工作。各被檢墻身的信息見表1所示。

表1 檢測部位設計施工資料

3 檢測過程

3.1 檢測系統布置

榕江關埠引水工程取水口工區盾構接收井地下連續墻及取水口箱涵段地下連續墻檢測儀器為北京智博聯生產的ZBL-U5700型非金屬超聲檢測儀、多通道換能器(廣州計量檢測技術研究院計量認證，證書編號：SX202101677)。檢測標準依據《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ 106—2014)中對聲波透射法的具體規定[8]。

在開始榕江關埠引水工程連續墻具體施工之前，必須根據墻體橫截面設計尺寸將所需要的聲測管預先埋設在指定區域，主要作為換能器通道使用。安裝完畢開始測試后，則必須按照設計要求使2根聲測管歸并入1個作用組，超聲脈沖信號在水的耦合作用下從設置在1根聲測管中的換能器發出[9]，再經由中間過程傳輸后，被設置在另1根聲測管結構中的換能器接收，最終遍及連續墻各個檢測截面。超聲波檢測系統布置情況見圖1。

圖1 地下連續墻超聲波檢測系統示意

3.2 檢測方法

所謂的平測技術主要將兩個探頭分別安設在聲測管內，為確保測試結果，兩個探頭安裝的高度必須一致，為保證聲測管介質接觸良好，必須事先注滿清水。先將探頭事先安裝在和聲測管平面直線距離最近的混凝土結構內，待顯示器屏幕上出現正弦/余弦波等波形后，調整衰減倍數，并使顯示器屏幕上所顯示出的波首波幅值達到屏幕刻度的3～4格。完成一個水平高度測試后將探頭下放0.5 m，重新按照以上流程再次施測，直至到達管底。當前，在地下連續墻超聲波檢測中一般預埋4根聲測管，檢測3個側面才能完全包絡混凝土結構。所采集到的聲波數據通過處理軟件自動處理，由檢測工程師根據處理結果進行地下連續墻混凝土結構完整性判斷。若檢測結果顯示混凝土質量完好，則完成測試，否則還應對異常位置加密測試。

為準確判斷地下連續墻缺陷類型、尺寸及空間位置，所以在施測過程中發射電壓、換能器等必須固定。此外，該引水工程取水口工區盾構接收井地下連續墻及取水口箱涵段地下連續墻檢測所用換能器長度較短，超聲波所能達到的聲場有限，按照50 cm的間距布置測點必然存在漏測[10]，為此應將探頭盡量下移，檢測人員同時應加強對波形變化的觀察，如發現波幅大幅衰減、波形畸變，必須及時記錄，便于復測。

為方便地采集到全部聲參量，應在地下連續墻混凝土結構缺陷判斷時采用聲時、波形、頻率、幅值綜合判斷法[11]。各聲參量中，幅值對混凝土結構缺陷最為敏感，在地下連續墻檢測過程中，會因探頭偏離聲測管中心或貼住聲測管壁等情況而影響幅值讀數，為此該檢測過程使用的是帶定位器的壓電式徑向柱狀探頭。

4 缺陷判斷

4.1 缺陷判斷方法

根據規范JGJ 106—2014，可以采用波幅判斷法、PSD判斷法等進行混凝土結構缺陷判斷：① 波幅判斷法，這一方法缺乏理論依據及工程驗證，由于混凝土結構屬于非均質材料，在實踐中也存在檢測到能量衰減一半值時并未發現混凝土結構缺陷的情況，故應慎用。② PSD判斷法：主要根據聲時—深度曲線確定混凝土結構缺陷位置及類型，該方法能克服聲測管不平時可能導致的漏判問題，但是對于強度低、均質的混凝土結構，因聲時值變化不大，缺陷也無法在聲時～深度曲線上得到反映。為避免漏判，因結合波形畸變、波幅衰減、聲速變化等綜合判定[12]。

4.2 缺陷判斷結果

結合榕江關埠引水工程實際，綜合應用波幅判斷法和PSD判斷法，對取水口工區盾構接收井地下連續墻及取水口箱涵段地下連續墻混凝土結構的以下檢測結果進行分析(各剖面聲速、波幅等參數結果見表2，實測數據曲線示意見圖2～圖5)。

表2 聲波透射法檢測結果

1) 盾構接收井地下連續墻6#槽：接收波形正常，3個剖面的聲速均不低于底限值，PSD曲線、聲速—深度曲線、波幅—深度曲線相對均勻，無畸變異常(見圖2)。

圖2 接收井6#槽實測數據曲線示意

2) 取水口箱涵段地下連續墻16#槽：接收波形正常，3個剖面的聲速均不低于底限值，PSD曲線、聲速—深度曲線、波幅—深度曲線相對均勻，無畸變異常(見圖3)。

3) 取水口箱涵段地下連續墻18#槽：接收波形正常，3個剖面的聲速均不低于底限值，PSD曲線、聲速—深度曲線、波幅—深度曲線相對均勻，無畸變異常(見圖4)。

圖4 取水口18#槽實測數據曲線示意

4) 取水口箱涵段地下連續墻28#槽：接收波形正常，3個剖面的聲速均不低于底限值，PSD曲線、聲速—深度曲線、波幅—深度曲線相對均勻，無畸變異常(見圖5)。

圖5 取水口28#槽實測數據曲線示意

根據上述檢測結果，依據規范JGJ 106—2014(表10.5.11樁身完整性判定)特征，綜合判定該引水工程盾構接收井地下連續墻6#槽、取水口箱涵段地下連續墻16#槽、取水口箱涵段地下連續墻18#槽、取水口箱涵段地下連續墻28#槽完整性均為Ⅰ類，表明地下連續墻混凝土施工質量良好，混凝土結構中不存在裂縫、空隙、夾泥、欠密實、離析等缺陷。

5 結語

通過上述檢測分析，主要得出以下結論：

1) 聲波透射法檢測的工作效率較高，對結構破壞性較小；

2) 針對能夠有效完成聲測管檢測的混凝土結構，檢測結果較可靠，且能準確反應各個部位的混凝土密實情況。

綜上所述，超聲波透射無損檢測方法能較好的應用于混凝土結構缺陷檢查及質量判定中，能為混凝土工程的施工質量提供指導。