声波透射法在检测塑性混凝土防渗墙质量中的应用

付震亚

（湖南元吉工程检测技术有限公司，湖南 长沙 410007）

随着水利工程建设的发展，水库大坝和堤防工程采用塑性混凝土防渗墙越来越普遍。为确保工程和人民生命财产安全，过去对防渗墙质量效果检测，主要采用高密度电法、地质雷达法及垂直反射法等检测方法。在近几年的发展过程中，随着相关检测技术的不断研发和改进，通过声波透射法对混凝土防渗墙施工质量进行检测，整个操作流程更加简单并且实用性较高，所获取的检测工作参数更加准确。探地雷达法在使用过程中的不足主要表现在使用频率较低的天线时分辨率相对较低，无法测定出轻微的缺陷问题；垂直反射法可以对浅层的缺陷问题进行定性反应，但是无法确认缺陷问题产生的具体深度情况；高密度电法在使用过程中，整体的操作流程相对比较复杂，因此综合分析声波透射法在混凝土防渗墙质量检测工作中的运用效果比较明显：整个操作流程更加简单，适用性更高，所获取的检测参数更准确。

1 声波透射法检测原理

声波属于弹性波的一种形式，如果将防渗墙混凝土视为一种弹性体介质，则声波会在防渗墙体中根据一定的规律进行传播。通过发射探头发射出的声波会经过水的耦合，直接传递到声测管内部，同时防渗墙体混凝土介质在传播完成之后到接收管的侧管部位，再经过水体的耦合最终达到接收探头位置。探头的发射声波会在发射点位和接收点位之间形成一种比较复杂的声波反射场，发射的声波会不断沿着不同的传输路径进行扩散传播，最终可以达到声波的接收位置。声波的传播时间各不相同，并且在声波的传输过程中会存在一条传输时间最短的路径。当被检测的混凝土墙体内部存在夹杂泥沙、夹泥断墙以及存在大面积孔洞等质量缺陷问题时，会直接影响到整个墙体混凝土介质的连续性，造成声波的传播路径变得更加复杂，声波会直接透过或者是绕过缺陷部位进行传播，在整个传播路径上会直接超过声波直线传播的路径，进而会造成声波的实际传输时间延长，相关工作人员可以有效计算出声波的传播时间、判断检测部位存在的各种质量隐患问题[1]。如图1。

图1 声波透射法检测示意图

2 检测步骤

1）连接所有仪器设备，检查电源供电情况。

2）根据墙体深度和厚度大小选择合适的换能器和仪器参数，当采用自动检测系统时，在墙体桩的检测过程中不得随意改变仪器参数。当采用手动方法检测时，在检测过程中若需改变参数时，必须换算校正数据。

3）测量整个检测系统的声时初读数。

4）将接收和发射换能器分别置于2 个声测孔的底部，从底部开始向上提升逐点检测，如果采用自动检测系统，则将换能器升降绞车安置于声测管轴线上，使换能器顺利升降，显示深度的数字相应变化，深度、声时及波幅等数据由接口电路同时输入微机，每测完一个剖面的数据，应及时存盘。如果采用手动方法，则应保证换能器在声测管中顺利升降，相应深度应标明在电缆线上，并同时记录深度、声时及波幅等数据。

3 声波透射法检查实例

3.1 工程概况

某水库工程上游流域面积达到20 km2，总库容为1 850 万m3，大坝为均质土坝，坝顶轴线长195 m，坝顶宽4.5 m，坝高29.3 m。由于在运行过程中大坝产生了不同程度的渗水和漏水问题，对大坝全长采用塑性混凝土防渗墙结构来进行处理，最大墙体高度28.6 m，墙体宽度为0.65 m。后对大坝塑性混凝土防渗墙采用声波透射法有效配合钻孔取样注水试验进行检测，抽检防渗墙长度15.5 m，抽样钻孔数量为3 个，现场注水实验8 段，取芯样共78 m，对混凝土墙的施工质量情况进行有效判断。

3.2 检测仪器设备选择

在防渗混凝土墙质量检测过程中，测试工作使用的仪器为ZBL-U520A 型非金属超声波检测仪，该仪器设备的采样周期为0.05～400 μs，14 档可调，声时0.05 μs，放大增益82 dB，频带宽度10～250 kHz，接收灵敏度≤30 μV，增益0.5 dB，发射电压65，125，250，500，1 000 V 可调，发射脉宽20 μs～20 ms。

3.3 现场检测过程

现场检测过程中，将换能器设备分别设置在防渗墙体的预埋孔当中，通过自上而下与0.25 m 的点距来进行检测，通过逐点反复进行探测之后，有效获取在混凝土墙体当中的传播速率和时间。通过对声波测孔进行布置，根据2.0 m 的间距大小进行灌浆孔设置，随机位设置4 段同时包含15 个灌浆孔以及所组成的11 对声波测孔[2]。

测试参数主要包含声波的振幅、频率、波速以及声波的反射时间等，其中主要的判定数据为声波波速以及声波的振幅，必要的条件下也可以对声波的波形变化情况进行记录。在常规的对测过程中，发现某个检测点位产生波形异常的情况下，首先需要在该检测点位上的上下点之间进行加密处理，一方面可以有效验证常规对策工作的实际结果，另一方面可以有效确认异常部位的具体范围，在确定测试时产生异常问题之后，则需要使用斜测法对其进行进一步探测和分析。

3.4 检测数据分析与判断

通过使用U520A 型非金属超声检测仪进行混凝土墙体测试，有效储存原始的检测工作资料，并且将其直接输送到计算机系统进行进一步处理，同时可以有效获取原始声波反射时间图像信息，绘制出波速和孔洞深度对应的曲线图像（图2 所示），打印出声波透射法检测数据表。

图2 声波测试结果

根据测量孔洞所对应的声波曲线变化特征、声波透射法检测数据表，有效进行分段统计和分析，从中可以有效计算出各波段纵向波速的平均值大小，从超声波的实际检测成果分析和判断，可以得出下几点结论：

1）防渗混凝土墙顶部的浇筑施工，会直接受到混凝土浮浆问题所产生的影响，混凝土材料比较疏松、含泥质相对较多、胶结程度相对较差，因此对声波的反射幅度衰减量比较明显，孔洞深度在1.5 m 左右的情况下，超声波的反射波信号比较微弱甚至会接收不到。

2）在测孔深度达到3.5 m 左右时，对测孔深度范围进行确认，保证在3.5～5.25 m 之间，再对声测孔的孔洞深度范围进行二次确认。在2.25～3.5 m 深度位置浇筑的混凝土，检测过程中所产生的声波衰减量非常明显，并且纵波波速的平均数值大小为2.407 km/s，声波的波幅明显下降，可以反映出该段混凝土材料整体比较疏松并且胶结程度有所不足[3]。

3）对测孔深度范围在13.50～15.5 cm 位置浇筑的混凝土材料，所对应的声波反射信号衰减量比较明显，纵波波速的平均值大小为2.328 km/s，但是整体的波幅相对较高。由于孔洞位于两个槽段的接头位置，混凝土当中所含有的泥沙量较多，但是混凝土的胶结程度相对良好[4]。

4）观测孔深度范围在21～26.0 m 位置，浇筑的混凝土所对应的声波信号衰减量相对较大，纵向波体的平均速率为2.518 km/s，同时波动幅度相对较低，底部混凝土当中的泥质含量及沉渣相对较多，混凝土胶结性能相对较差。根据对声波的波幅波速信息的有效收集和分析，确认该混凝土防渗墙上部结构1.5 m 左右的位置，混凝土材料的质量相对较差，对其进行清理和复原，同时针对个别孔洞底部存在的低波数段总共长度达到9 m，建议在坝基灌浆施工过程中对其进行灌浆处理。

4 结 语

综上所述，在土坝与堤防塑性混凝土防渗墙质量检测时，采用声波透射法具有操作简单、快速、准确性高，可定量分析出防渗墙墙体缺陷的大小和确切部位等优点，可在类似水利工程中广泛应用。