斜卡水电站防渗墙声波试验检测技术探讨

2015-02-22邹刚

四川水利 2015年5期

关键词：防渗墙预埋声波

邹刚

(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130)

斜卡水电站防渗墙声波试验检测技术探讨

邹刚

(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都，611130)

在斜卡水电站采用超声波法，对上游围堰已完工的混凝土防渗墙和工地营区现场模拟浇筑的有质量缺陷的防渗墙进行声波检测试验，通过声波检测试验情况，探讨声波试验检测技术检查防渗墙质量的可行性，为防渗墙质量检查寻找新的更先进的方法。

防渗墙声波检测试验斜卡水电站

1 工程概况

斜卡水电站为九龙河下游左岸支流踏卡河“一库两级”开发方案中的龙头水库电站。水库正常蓄水位3165m，总库容8485万m3，调节库容7261万m3，具有季调节性能。电站采用混合式开发，由首部枢纽、引水系统、厂区枢纽组成，装机容量130MW，为三等中型工程。

上游围堰基础处理工程由分段式防渗墙工程及左右堰肩帷幕灌浆工程组成。上游围堰防渗墙为分段式，底部嵌入基岩深度至少1m，墙体厚度为80cm，防渗墙采用全混凝土结构。上游围堰防渗墙施工平台，按照10年一遇洪水标准考虑，防渗施工墙顶高程为3100.5m，墙底高程3029.8m，设计终孔深度均为70.7m；该防渗墙起止桩号坝0+82.000m～0+201.800m，轴线长为119.80m；成墙面积8469.86m2。防渗墙分一、二期槽分序施工，施工工艺采用泥浆护壁冲击钻造孔连接成墙、气举法清孔换浆、泥浆下直升导管法浇筑混凝土，一二期槽段搭接采用接头管法施工，保证了混凝土墙体的质量。为保证一、二期防渗墙连接，二期防渗墙轴线在一期防渗墙轴线上游侧，与一期防渗墙轴线相隔0.8m，并与一期防渗墙左右岸各搭接3.0m。此防渗墙设计厚度80cm，墙体材料为一级配C20混凝土，抗渗性能指标不小于W8。防渗墙内埋设预埋管，预埋管间距为1.5m～2.0m。

2 声波检测试验目的及试验原理

2.1 试验目的

目前，防渗墙施工水平已达到了一定高度，但防渗墙质量检查方法种类相对较少，主要包括钻孔取芯及注水试验法、超声波法和地震投射层析成像(CT)法。

钻孔取芯及注水试验法是在现阶段使用最广泛的检测方法，其优点是较直观地体现防渗墙成墙质量，其缺点是钻孔及试验的时间长，要求施工人员具有较高的取芯专业技术水平，成本较高，检查的结果仅仅反映局部混凝土样本情况，对墙体有一定的削弱甚至破坏作用。

超声波法是利用墙体各部位的纵波波速来判断整个墙体的混凝土强度和均匀性的。已有测试表明，用此法判断接缝夹泥厚度和墙体的质量缺陷精度是足够的。

地震层析成像(CT)法是近年来一种新兴的地球物理方法，该法基本原理是利用对物体的投射投影值(或散射值)，使用计算机技术来重构物体内部物理性分布图。该法目前技术条件还不是很成熟，使用极少。

综合分析，把超声波法引入防渗墙质量检查是非常可行的，为此，我公司特进行声波检查测试试验，试图为防渗墙墙体质量检查提供新的更为先进的检测技术，使防渗墙质量检测技术更上一层楼。

通过声波检测，判断混凝土防渗墙墙体质量，其检测原理是通过检测声波在混凝土中的传播速度、时间和声波的衰减情况来判断混凝土防渗墙墙体质量，质量好的混凝土对弹性波有很好的传播性能，当混凝土中夹有泥沙等软弱材料和密实度差时，其波速减少，衰减大，从而判断墙体混凝土质量。

目前，影响混凝土防渗墙墙体质量主要包括以下几个方面：(1)孔斜偏差较大；(2)槽段内部未完全连通；(3)接头孔套接厚度不满足规范要求；(4)孔底淤积超标、“金包银”裹体以及断层等。

2.2 试验原理

声波透射法是将超声波发射探头和接收探头同时放进混凝土两个充满水的孔中(钻孔或预埋管)，发射探头产生的超声波经过水耦合，穿透混凝土到达另一个孔中的接收探头，接收探头将接收到的信息传入仪器，通过综合分析接收到超声波在混凝土中的信号，如声速、声幅、频率和波形诸参量的特征，从而对混凝土质量作出评价。具体的判断方法如下：

2.2.1 有超生脉冲发射源在混凝土内激发高频脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动特征；当混凝土内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射能量明显降低；当混凝土内存在松散、蜂窝、孔洞等缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性，可以获得测区范围内混凝土的声学参数。测试记录不同测试剖面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内混凝土的参考强度和内部存在缺陷的性质、大小及空间位置。

2.2.2 当混凝土中存在缺陷时，超声波声速、声幅、频率和波形诸参量都有反映。首先是当混凝土内部存在缺陷时，在超声波发--收通路上形成了不连续介质，低频超声波将绕过缺陷向前传播，在探测距离内，其绕射到达所需的“声时”比超声波在无缺陷的混凝土中直接传播时所需的“声时”长，反映出超声波的声速减小。其次是由于混凝土存在缺陷时，超声波在混凝土中传播时声能衰减加大，接收信号的首波幅度下降。第三是由于混凝土存在缺陷时，高频成分比低频成分消失快，接收信号的频率总是比通过相同测距的无缺陷混凝土接收到的频率低。最后，由于超声波在缺陷界面上的复杂反射、折射，使声波传播的相位发生差异，叠加的结果导致接收信号的波形发生畸变。据此即可对混凝土内部的质量情况作出判断。

3 声波检测试验的方法及内容

3.1 声波检测的方法

应用超声波透射法，采用单孔测试和两孔对穿的方法，检测混凝土防渗墙的密实性和完整性。

3.2 声波检测的内容

斜卡水电站声波检测试验分两组进行。

3.2.1 结合生产，在上游围堰已完工的混凝土防渗墙上进行声波检测。已完工的防渗墙内埋有φ89mm的帷幕灌浆管，孔距1.7m,在测试过程中，又在帷幕灌浆预埋管之间钻了两个孔，孔径φ76mm，孔深18m。这一组主要测试声波能对穿的最大距离，设计距离有0.85m、1.7m、2.55m、4.25m、5.1m、6.8m和大于6.8m。在单孔测试中，主要测试有预埋管和没有预埋管对声波波值的影响。

3.2.2 在工地营区，现场模拟浇筑了一道有质量缺陷的防渗墙，测试混凝土质量缺陷对声波的影响。

4 声波检测试验过程

4.1 声波测试前准备工作

首先，在上游围堰二期防渗墙SWZF-08#及SWZF～09#槽段中心，布置2个孔径为76mm的孔，分别编号为P1及P2，在钻进的过程中P1在孔深17.4m的位置穿出混凝土墙外，P2在孔深21.3m位置穿出混凝土墙外。其具体的成墙情况如图1、图2所示。P2能蓄水，所以能用声波法检测该孔的混凝土质量。然后，对SWZF～08#及SWZF～09#槽段预埋管(孔号分别为S25、S26、S27、S28、S29、S30、S31)进行孔斜检测，检测结果发现，各孔孔斜偏差值均在规范允许范围内，符合要求。最后，将需要进行混凝土质量检查的孔，注入耦合剂水，进行声波检测，在声波检测操作时，保证孔内充满耦合剂水。

图1 孔内电视P1

图2 孔内电视P2

4.2 墙体质量声波检查主要步骤

先对P2进行单孔测试，校验检查结果是否与孔内电视相吻合；在埋设好预埋管的防渗墙进行对穿测试，检验防渗墙墙体质量。测试的收发距从1.7m开始，然后变为3.4m、5.1m、6.8m……，声波检测时移动步距由20cm开始，之后变为50cm，最后变为1.0m；最后将各种测量数据进行分析、对比。

4.3 声波检测成果分析

二期上游围堰防渗墙声波检测数据分析结果表明，该防渗墙各项质量指标均在规范允许范围，不存在常见的质量通病，未出现明显的渗漏现象，达到了设计防渗要求。

声波检测时，最大收发距为5.1m。当收发距为6.8m时，声波仪接收不到明显的信号，波形较紊乱；当收发距为1.7m时，接收信号更明显，波形更稳定，更容易采集数据。而移动步距越小，声波检测效果越精确；移动步距越大，声波检测效果就相对较差，主要表现为不能准确地判断混凝土中存在质量问题的具体深度。

因此，在防渗墙墙体质量声波检测中，越小的移动步距及越短的收发距离，测量效果越明显、越精确。在实际检测时，移动步距及收发距离根据具体情况进行调整，具体调整标准为能达到检测要求即可。

4.4 模拟防渗墙声波检测试验

模拟试验具体的实施方案：模拟这道防渗墙的尺寸大小为，长3.0m，宽0.8m，高2.9m。其具体施工顺序是：(1)混凝土浇筑量为7.2m3，立模现浇，分两次浇筑，第一次浇筑3m3，相隔24h再浇剩下的，混凝土为C20自密式混凝土；(2)找一个试验场地，挖一个长3.2m，宽0.9m，深1.70m的基槽；(3)在试验沟里垂直埋两根φ70mm铁管，底部密封，深入地层0.30m，间距2.0m；(4)沿着试验基槽立模，保持内模空间为长2.5m，宽0.80m，高1.2m，模要立扎实，保证混凝土浇筑(5)首先浇筑0.30m砂浆垫层，再浇筑0.6m的混凝土，然后在两根预埋管之间填入干的黄泥土块，石块厚度0.30m～0.5m，一边紧贴模板，另一边不贴。之后再浇厚0.6m的混凝土待凝12h；(6)待凝24h后，在已浇的混凝土上铺一层厚0.05m～0.10m黄泥浆、泥砂，再浇0.7m厚的混凝土，做黄泥砌块(80cm×20cm×20cm)放置在两预埋管之间的中心位置。最后浇筑0.4m的混凝土找平即可；(7)待凝14d后进行声波测试。具体见图3和图4。

图3 模拟防渗墙平面

图4 模拟防渗墙剖面

4.5 模拟声波测试方法

完成上述模拟试验方案后，混凝土等强14d进行声波测试。测试前，在预埋管内冲满水作为耦合剂，分别在测管内放入声波发射器和接收传感器，把他们置于同一平面的水平高度，为尽可能检测出具体某一深度防渗墙混凝土存在质量问题，每间隔20cm提一次放置在两孔内的探头测绳，待探头稳定后，采集数据。以此类推，直到测量结束。测量完成后，整理分析数据。

4.6 模拟声波试验测量结果

分析整理声波模拟试验数据，具体信息见图5。