声波透射法在引调水工程地下连续墙完整性检测中的应用

唐嘉洪

(1.广东省水利水电科学研究院，广州 510635;2.广东省水利新材料与结构工程技术研究中心，广州 510635)

收稿日期：2022-03-02；修回日期：2022-05-05

作者简介：唐嘉洪(1991-)，男，本科，助理工程师，主要从事水利工程质量检测工作。

1 概述

超声波透射检测技术作为一种能够高效检测混凝土结构质量缺陷的方法，已被广泛应用于各类混凝土结构的无损检测中，如：混凝土灌注桩桩身质量，地下连续墙的完整性、混凝土实体的强度等等。声波传播在正常且无缺陷的混凝土结构中时波速及波长存在明显的稳定性和规律性，声波在传播路径受到裂缝、断裂、低密实度、夹泥等混凝土缺陷的影响后[1]，传播至缺陷处的超声波会随之发生投射和反射，声波波速及波长的稳定性和规律性便会遭到破坏，传播速度发生变化，一般情况下传播速度会衰减，导致传播时间延长，通过对声波传播参数的监测，很容易发现波形畸变，波幅降低。工程实践证明，应用超声波透射检测技术进行混凝土结构缺陷检测时，混凝土桩桩径不能过小，否则，声波换能器和检测管之间的声耦合测试误差便会增大，一般情况下，该测试技术仅对桩径在0.6 m以上的混凝土桩适用，从而进行缺陷类型、缺陷大小、缺陷空间位置等做出准确判断。

超声波透射检测混凝土实体结构完整性的基本原理较为简单，是通过架设超声脉冲发射源和接收换能器于预埋混凝土结构内的声测管[2]，激发高频弹性脉冲波同时通过高精度接收系统接收并记录该脉冲波在混凝土结构中的传播过程及波形特征，若混凝土结构中存在破损或不连续缺陷面，便会在相应的缺陷面形成波阻抗界面[3]，传播至此处的超声波也会随之发生投射和反射，所接收到的投射能量大大降低；而若混凝土结构中存在蜂窝、空洞、松散等病害时，将会引发超声波的绕射和散射[4]。

在实践过程时超声波透射检测也暴露出部分问题和局限性。杨笔将[5]提出，由于施工现场的复杂性，工人在声测管安装欠紧实时，下管后易造成管斜；混凝土浇筑后，当管理和保护不到位时，声测管与混凝土结合部位易造成缝隙；检测前声测管内冲灌不规范，管底易淤积堵塞。3种情形均会对最终的完整性判别结果造成失真、错判，笔者认为此乃工程管理的问题，加强管理力度和规范操作便能消除隐患。韩亮等[6]提出，现用规范对声测管埋设数量要求不足，无法避免出现检测盲区，笔者认为即使增加声测管的数量且合理布设，也仅能识别声测管内部的缺陷，声测管外围依然是测试盲区[7]。尤其对于有防渗要求的地下连续墙和止水桩等，边角交接处往往是薄弱环节，易在缺陷处形成渗漏通道，工程实践多以增加高压旋喷水泥浆等手段予以配合即能减少影响。虽无法尽善尽美，可依然是目前主要检测方法中，可靠、快速、经济、无需破坏等综合优点突出的检测方法。

基于声波透射法的可靠性，本文选用该方法检测引调水工程地下连续墙结构的完整性情况。

2 工程概况

榕江关埠引水工程位于广东省汕头市潮阳区榕江支流南河，盾构接收井地下连续墙和取水口地下连续墙为钢筋混凝土结构，墙深为26.75～43 m，为有效快速检测该结构成型后的质量，设计推荐采用声波透射法检测。施工单位按照规范要求在每幅被检墙安装金属声测管，墙身混凝土经28 d养护后，建设、监理、施工单位和检测单位共同确定，抽取盾构接收井地下连续墙6#槽和取水口箱涵段地下连续墙16#槽、18#槽、28#槽段开展质量检测。检测工作正式开展前，检测单位首先确认上述墙身预埋的声测管是否完整有效，经确认满足要求后，有序开展相关检测工作。各被检墙身的信息见表1所示。

表1 检测部位设计施工资料

3 检测过程

3.1 检测系统布置

榕江关埠引水工程取水口工区盾构接收井地下连续墙及取水口箱涵段地下连续墙检测仪器为北京智博联生产的ZBL-U5700型非金属超声检测仪、多通道换能器(广州计量检测技术研究院计量认证，证书编号：SX202101677)。检测标准依据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106—2014)中对声波透射法的具体规定[8]。

在开始榕江关埠引水工程连续墙具体施工之前，必须根据墙体横截面设计尺寸将所需要的声测管预先埋设在指定区域，主要作为换能器通道使用。安装完毕开始测试后，则必须按照设计要求使2根声测管归并入1个作用组，超声脉冲信号在水的耦合作用下从设置在1根声测管中的换能器发出[9]，再经由中间过程传输后，被设置在另1根声测管结构中的换能器接收，最终遍及连续墙各个检测截面。超声波检测系统布置情况见图1。

图1 地下连续墙超声波检测系统示意

3.2 检测方法

所谓的平测技术主要将两个探头分别安设在声测管内，为确保测试结果，两个探头安装的高度必须一致，为保证声测管介质接触良好，必须事先注满清水。先将探头事先安装在和声测管平面直线距离最近的混凝土结构内，待显示器屏幕上出现正弦/余弦波等波形后，调整衰减倍数，并使显示器屏幕上所显示出的波首波幅值达到屏幕刻度的3～4格。完成一个水平高度测试后将探头下放0.5 m，重新按照以上流程再次施测，直至到达管底。当前，在地下连续墙超声波检测中一般预埋4根声测管，检测3个侧面才能完全包络混凝土结构。所采集到的声波数据通过处理软件自动处理，由检测工程师根据处理结果进行地下连续墙混凝土结构完整性判断。若检测结果显示混凝土质量完好，则完成测试，否则还应对异常位置加密测试。

为准确判断地下连续墙缺陷类型、尺寸及空间位置，所以在施测过程中发射电压、换能器等必须固定。此外，该引水工程取水口工区盾构接收井地下连续墙及取水口箱涵段地下连续墙检测所用换能器长度较短，超声波所能达到的声场有限，按照50 cm的间距布置测点必然存在漏测[10]，为此应将探头尽量下移，检测人员同时应加强对波形变化的观察，如发现波幅大幅衰减、波形畸变，必须及时记录，便于复测。

为方便地采集到全部声参量，应在地下连续墙混凝土结构缺陷判断时采用声时、波形、频率、幅值综合判断法[11]。各声参量中，幅值对混凝土结构缺陷最为敏感，在地下连续墙检测过程中，会因探头偏离声测管中心或贴住声测管壁等情况而影响幅值读数，为此该检测过程使用的是带定位器的压电式径向柱状探头。

4 缺陷判断

4.1 缺陷判断方法

根据规范JGJ 106—2014，可以采用波幅判断法、PSD判断法等进行混凝土结构缺陷判断：① 波幅判断法，这一方法缺乏理论依据及工程验证，由于混凝土结构属于非均质材料，在实践中也存在检测到能量衰减一半值时并未发现混凝土结构缺陷的情况，故应慎用。② PSD判断法：主要根据声时—深度曲线确定混凝土结构缺陷位置及类型，该方法能克服声测管不平时可能导致的漏判问题，但是对于强度低、均质的混凝土结构，因声时值变化不大，缺陷也无法在声时～深度曲线上得到反映。为避免漏判，因结合波形畸变、波幅衰减、声速变化等综合判定[12]。

4.2 缺陷判断结果

结合榕江关埠引水工程实际，综合应用波幅判断法和PSD判断法，对取水口工区盾构接收井地下连续墙及取水口箱涵段地下连续墙混凝土结构的以下检测结果进行分析(各剖面声速、波幅等参数结果见表2，实测数据曲线示意见图2～图5)。

表2 声波透射法检测结果

1) 盾构接收井地下连续墙6#槽：接收波形正常，3个剖面的声速均不低于底限值，PSD曲线、声速—深度曲线、波幅—深度曲线相对均匀，无畸变异常(见图2)。

图2 接收井6#槽实测数据曲线示意

2) 取水口箱涵段地下连续墙16#槽：接收波形正常，3个剖面的声速均不低于底限值，PSD曲线、声速—深度曲线、波幅—深度曲线相对均匀，无畸变异常(见图3)。

3) 取水口箱涵段地下连续墙18#槽：接收波形正常，3个剖面的声速均不低于底限值，PSD曲线、声速—深度曲线、波幅—深度曲线相对均匀，无畸变异常(见图4)。

图4 取水口18#槽实测数据曲线示意

4) 取水口箱涵段地下连续墙28#槽：接收波形正常，3个剖面的声速均不低于底限值，PSD曲线、声速—深度曲线、波幅—深度曲线相对均匀，无畸变异常(见图5)。

图5 取水口28#槽实测数据曲线示意

根据上述检测结果，依据规范JGJ 106—2014(表10.5.11桩身完整性判定)特征，综合判定该引水工程盾构接收井地下连续墙6#槽、取水口箱涵段地下连续墙16#槽、取水口箱涵段地下连续墙18#槽、取水口箱涵段地下连续墙28#槽完整性均为Ⅰ类，表明地下连续墙混凝土施工质量良好，混凝土结构中不存在裂缝、空隙、夹泥、欠密实、离析等缺陷。

5 结语

通过上述检测分析，主要得出以下结论：

1) 声波透射法检测的工作效率较高，对结构破坏性较小；

2) 针对能够有效完成声测管检测的混凝土结构，检测结果较可靠，且能准确反应各个部位的混凝土密实情况。

综上所述，超声波透射无损检测方法能较好的应用于混凝土结构缺陷检查及质量判定中，能为混凝土工程的施工质量提供指导。