声波CT技术在苏洼龙水电站防渗墙质量检测中的应用

杜 爱 明， 刘 诚

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

苏洼龙水电站大坝上、下游围堰防渗采用复合土工膜+塑性混凝土防渗墙+岸坡帷幕灌浆的防渗方案。上游围堰防渗墙施工平台高程为2 393.0 m，防渗墙轴线长度394.12 m，混凝土防渗墙最大深度87 m，厚度1.0 m，岸坡防渗帷幕沿两岸堰肩接堰顶2 430.50 m高程，帷幕灌浆灌浆深度10 m，孔距1.0 m。下游围堰防渗墙施工平台高程2 387.0 m，防渗墙轴线长度375.82 m，混凝土防渗墙最大深度45.0 m，厚度0.8 m。苏洼龙上游围堰在正式施工之前，S46～S48作为试验段。上游防渗墙体布置以及试验段位置见图1。

图1 苏洼龙水电站上游围堰防渗墙分布及试验段位置示意图

1 声波CT技术基本原理

声波CT检测是利用孔间、洞间及临空面等施测条件，在被测区域采用一发多收的扇形观测系统，即在一侧单点发射，另一侧进行多点排列接收，并按观测系统设计逐点进行扫描观测，构成致密交叉的射线网络。然后根据射线的疏密程度及成像精度划分规则的成像单元，运用弯曲射线追踪理论，采用特殊的反演算法形成被测区域的波速图像，并以此来划分岩体的质量，确定地质构造及软弱岩带的空间分布。声波CT检测的精度和效果取决于被测区域地质体的分布形态、物理力学性质及弹性波传播路径等客观因素；同时也与测试条件、观测精度、射线网度、约束力度、单元划分、反演算法、插值技术及图示方法等主观因素有关。典型测试布置见图2。

通过声波CT检测，反映两个钻孔之间截面上的岩体物理力学特征，实现面积测量，具有单一钻孔测量方法无可比拟的优势，探测结果具有高精度、高可信度，对重点部位的剖面利用层析技术反演该剖面波速分布可以准确评价防渗墙体的均匀性及墙体与基岩的结合情况。声波CT检测结果最终为检测剖面内的波速等值线图，从波速等值线图上可以看出低波速区域的分布形态、在检测剖面中的具体位置，同时可获得低波速区域波速值范围。从而可确定低波速区域(可能的潜在漏水区域)连通情况，为补灌处理提供准确定位。

图2 围堰声波CT检测典型观测系统示意图

本次声波CT检测采用MC-6320非金属超声检测仪并采用跨孔对穿探头。声波仪采样道数为2道，采样间隔0.03～1 024.00 μs，声时测量精度0.03 μs，通频宽度2Hz～500 kHz，发射电压50 V/250 V/500 V/1 000 V。每对剖面孔间距6.0 m，射线角度水平方向上下各45°，点间距1.0 m。

2 实际应用

2.1 孔位布置

本次对苏洼龙水电站上游围堰防渗墙试验段(46#～48#槽段)的预埋2对钢管，分别分布于S46和S48槽，孔号分别为S46-1、S46-2、S48-1、S48-2，检测完成后对S47槽进行两个钻孔取芯检测。声波CT检测时，共对S46-1～S46-2、S46-2～S48-1、S48-1～S48-2共3对剖面进行检测，每对剖面孔间距6.0 m，射线角度水平方向上下各45°，点间距1.0 m。

2.2 检测成果

苏洼龙水电站上游围堰防渗墙试验段声波CT检测的成果，经对相关数据处理分析，检测成果解析图见图3。

图3 S46-1～S48-2声波CT检测成果图

从图中可看出：

(1)顶面浇筑受泥浆等影响，孔深3.0 m以上区域存在相对低波速区域，低波速范围主要在1.9～2.2 km/s之间。

(2)低于2.5 km/s的相对低波速区域主要集中在孔深3.0～12.0 m区域，该相对低波速区域附近存在较大面积低于2.75 km/s的波速区域，在10.0 m孔深附近，低于2.75 km/s的相对低波速区域有连通的趋势；

S47-J1钻孔取芯照片 S47-J2钻孔取芯照片图4 检查验证钻孔孔取芯照片

图5 检查验证孔声波检测成果图

(3)S46-1～S46-2剖面孔深12.0～15.0 m区域也存在少量低于2.5 km/s的相对低波速区域。

总体而言，3 m以上受顶面浇筑影响，存在相对低波速区域，混凝土质量一般；3～12 m段局部存在相对低速区域；12 m以下区域无明显低波速异常区域，墙体混凝土质量较好。

2.3 分析验证

声波CT检测完成后，对S47槽段布置两个检查验证孔(S47-J1、S47-J2)，孔布置位置及各方法综合成果见图3，钻孔取芯(见图4)并进行跨孔声波(见图5)和钻孔电视检测(见图6)，验证情况如下：

声波检测相对低波速区段为：单孔声波检查孔S47-J2的10.2～11.0 m孔段；跨孔声波S46-2～S48-1号剖面10.5～11.0 m区段，跨孔声波S47-J1～S48-1号剖面9.5～10.5 m区段，跨孔声波S47-J1～S47-J2号剖面10.0～10.5 m区段。声波检测出的相对低波速区段为S46-2孔至S48-1孔之间的下方9.5～11.0 m区段且集中在单孔声波检查孔S47-J2附近，钻孔电视检测发现：检查孔S47-J2在10.8 m处有一处2～3 cm厚的夹层，夹泥、沙等杂物(见图6)，10.7～11.0 m段混凝土表面不平整。

图6 检查验证孔钻孔电视检测成果图(夹泥)

CT检测成果表明：在10 m孔深附近低于2.75 km/s的相对低波速区域有连通的趋势，声波检测、钻孔电视检测发现的低波速区域也在此区域中；声波检测和钻孔电视检测的结果和CT检测结果吻合。

3 结 论

声波CT检测是近年来应用于混凝土防渗墙质量检测的一项新技术，与传统方法相比，其特点是分辨率高、无损快速、直观可靠、信息量大，在工程实践中逐渐完善和提高，声波CT技术在理论研究、仪器研制、信号接收等方面取得了长足进步。实践成果表明，声波CT检测技术在防渗墙无损检测等方面具有良好的效果。但是，声波CT检测技术仍然存在图像成果与实际对比研究较少，正反演算法不够成熟、数据处理影响参数较多等许多需要解决的问题。