水工混凝土施工质量声波检测方法

高良艳

（沈阳兴禹水利建设工程质量检测有限公司）

1 问题的提出

长期以来，水工混凝土施工质量控制一直是水利工程建设的第一要务，也是人们关注的焦点。随着水利工程建设规模的不断扩大，对水工混凝土施工技术及质量检验提出了更高要求。水工混凝土作为水利工程建设不可或缺的重要组成部分，其施工质量不仅关系到某项水利工程的整体质量，还会影响其他配套工程或后续工程的建设。

在水利工程混凝土浇筑、振捣、养护施工过程中，如果在某个环节特别是在振捣环节出现偏差，均会出现裂缝、空蚀等施工质量不合格问题。若能及时检测，发现问题迅速返工处理，则不会对工程质量、进度和投资产生太大影响。

因此，加强水工混凝土施工技术管理，完善其相应的质量检测，对未来水利工程的建设及健康发展，有着极为重要的意义。

2 水工混凝土质量声波检测方法

由于水工混凝土施工中容易出现问题，为提高施工质量，须加强混凝土质量检测，以便及时发现，采取措施消除隐患。以混凝土灌浆柱为例，其质量检测方法较多，常用的有钻孔测深法、无侧限抗压强度法、弹性模量测试法等。现介绍一种声波测深检测新方法。

2.1 声波检测设备及工作原理

在混凝土质量检测中，使用脉冲声波十字孔探测仪APZ-1。硬件系统的工作原理是：接收经过该区域声波发送的脉冲，在PC硬盘上记录脉冲，由操作员根据脉冲参数，分析处理观测结果，评估传播区域的状态。APZ-1测深仪（图1）常用于测量震源和接收器之间地层中声波的传播时间、振幅和脉冲频率，以确定该区域的参数特征。

图1 声波测深仪APZ-1构造

仪器APZ-1由发送器和软件测量系统组成，带有用于地面和钻孔测量的声波接收器。声波的发射是通过机械或电液冲击来实现的，用冲击锤对混凝土灌浆柱进行机械撞击产生声波。为了激发声波脉冲，发送器通过电液冲击使电流脉冲发生器、电缆和电火花源工作。测量系统由声波接收器（钻孔接收器或可控震源转换器）、电缆和基于PC的硬件和软件工具组成。钻孔装置与配备有电缆的测井提升机一起工作，或直接从电缆浅部工作。硬件和软件工具是为测量数据的登记、处理和分析而设计的，软件由Windows操作系统、命令模式软件和数字信号处理程序组成，如图2所示。

混凝土声波检测时，脉冲重复频率一般在1-50 Hz之间，载频为2-10万Hz，可检测缺陷最小尺寸为0.1-0.2 m，声波脉冲前沿声压不大。声波法分辨率高，但长度相对较短，可达2-3 m，在高吸收介质中使用也有一定的局限性。一般来说，在混凝土的孔间声学测试中，脉冲重复频率在0.1-0.3 Hz之间，载频在1-2万Hz或者更高，声波脉冲前沿的声压很高，合理的标距为0.7-10 m，可检测缺陷的最小尺寸为0.5 m。孔间测试时，该方法具有足够的分辨率，其特点是长度最长可达50 m。由于声波能量高，可用于高吸收介质（通过介质间边界探测）。

图2 声波检测原理

2.2 声波检测布置

声波测深法包括发射和接收孔（埋管）中的弹性脉冲波，根据穿过孔的直接纵波参数评估孔间环境。根据要求选择合适的监控系统，测量布局（平面图）通过定位监测管或钻孔来确定。检测布置如图3所示。

图3 灌浆帷幕的声波测深布置

灌浆柱深度测量范围为0-100 m，用于不同深度的钻孔工具间距为0.5-1 m。显示材料状况的诊断参数为声波速度（到达时间）、声压范围和声波脉冲频谱。纵向声波的速度是诊断的关键参数。由于穿过灌浆柱区域的不同方向的射线数量较多，因此可以得到灌浆柱层析成像。

2.3 混凝土灌浆柱检测结果

对某矿井施工中混凝土灌浆柱质量进行检测，测试结果如图4所示。图中显示了矿井施工现场混凝土灌浆柱不同深度与波速之间的关系。

图4 某矿井混凝土灌浆柱浇筑后声波速度与深度之间的关系

从图4可以明显看出，当混凝土浇筑均匀时，随着深度不断加大，声波的波速基本不变；当出现断裂带时，声波速度迅速减小。还可以看出，在含水量较大的砂土层及其附近，进行灌浆时易形成断裂带。

3 结论

本文介绍的脉冲声波十字孔探测仪APZ-1，体积小，质量轻，便于携带使用。在对某矿井混凝土灌浆柱的监测结果来看，测试迅速，数据较多，质量较高，结果较准确。这种方法，可广泛应用于水工混凝土的施工质量监测，从而及时发现施工缺陷，研究提出相应的解决方案，有效保障混凝土的施工质量。