浅谈声波CT在围堰防渗墙体系质量检测中的应用

时间：2024-05-19

李东福　朱荀

【摘要】作为基础防渗重要方式的防渗墙应用广泛。防渗墙的施工质量目前主要检测手段为钻孔取芯（配合注水试验）和超声波无损检测等，声波CT用于防渗墙墙体质量检测的实例还不多。本文根据西藏DG水电站声波CT对围堰防渗墙墙体质量检测工程实例，介绍声波CT在防渗墙混凝土工程质量检测中的应用，为类似项目提供参考。

【關键词】西藏；DG水电站；声波CT；防渗墙；质量检测

1 工程概况

DG水电站位于西藏自治区SN市SR县境内，为二等大（2）型工程，电站枢纽建筑物由挡水建筑物、泄洪消能建筑物、引水发电系统及升压站等组成。拦河坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程3451.0m，最大坝高118.0m，坝顶长389.0m。电站装机容量为660MW。

西藏DG水电站上下游围堰防渗体系由帷幕、混凝土防渗墙及复合土工膜组成，防渗墙轴线总长为232m，最大深度44m，防渗墙设计墙厚≥1.0m，单孔深入基岩≥1.0m，墙体材料为C30W8F150等级混凝土。根据设计要求，防渗墙墙体采用声波CT进行质量检测。

2 声波CT检测目的及工作布置

2.1 检测目的

采用声波CT法检测防渗墙质量，其目的为：

（1）测试混凝土防渗墙体的声速分布，以判定墙体混凝土的均匀性，检查墙体内部是否存在架空、离析或蜂窝等隐患及各槽段结合处的连续性；

（2）测试混凝土防渗墙同基岩接触部位的声速分布，以检查其是否存在胶结不密实或缝隙等缺陷及灌浆充填效果；

（3）测试墙下帷幕岩体的波速分布，以判定帷幕灌浆效果。

2.2 工作布置

（1）混凝土防渗墙质量检测采用声波CT，沿防渗墙轴线每2m布置一个钻孔，激发、接收点距宜小于1/15孔间距；

（2）混凝土防渗墙检测孔伸入墙下基岩1m，墙下帷幕灌浆声波CT检测结合帷幕检查孔原则上待灌结束14天后进行，若压水检测孔孔距小于20m，则利用压水孔进行CT检测，若压水检测孔布置大于20m，则在两压水检测孔中间增加物探检测孔。

3 声波CT检测方法技术及现场控制措施

3.1 基本原理

声波层析成像（CT）是利用声波在岩土体介质中传播的走时进行层析成像，从而得到成像区内岩体声波速度的分布。声波在传播过程中遵循惠更斯原理，其首波在介质内沿声波速旅行时最短的路径传播，利用这一原理研制成的声波层析成像软件，通过对实测声波走时进行处理，可以较准确地重建出射线所扫描的区域内岩体声波视速度的分布，确定出低速层的位置、空间分布和形态。

由声波旅行时到声波图像生成需进行过程处理。射线路径采用最小走时法进行声波射线路径反演，图像重建采用DSART法，在每两次迭代间隔，对图像进行一次压缩与恢复处理，以获得较高的分辨率和精度。

3.2 观测系统及处理技术

野外观测系统采用定点发射和定点接收的扇形束观测与同步观测相结合，所用声波频率在100Hz～5000Hz，测试呼唤率（重复观测率）为6.2%～7.5%，相对误差小于5%。各检测部位检测方法如下：

（1）混凝土防渗墙采用预埋超声管的方法进行检测，检测孔伸入墙下基岩1.0m，孔间距为2m。观测方式为：激发点距为1m，接收点距0.2m，在激发孔中一点激发，在接收孔中上下45°范围内接收，互换观测系统；

（2）墙下帷幕检测利用压水试验自检孔，根据现场施工进度，孔间距为12m～24m，观测方式为：激发点间距1.0m，接收间距0.5m，一点激发，全孔接收，互换观测系统。

室内数据处理采用了SVD图像反演方法，射线路径采用最小走时技术进行追踪，在反演计算过程中，首先选取1m×1m网格进行计算，单元格波速限高不限低，保证低波速不被遗漏，至误差较小时，再加格。其中：混凝土防渗墙CT数据反演细分为0.2m×0.2m网格；墙下帷幕CT数据反演细分为0.5m×0.5m网格。继续反演，直至误差不再减少时，结束计算，求出各单元波速，最后输出色谱图。

3.3 现场控制措施

（1）现场测试前对探头进行零声时校正，测量检测孔的孔深、孔斜，校核检测孔各激发与接收间距；

（2）原始数据波形初至清晰，采样间隔为0.1～1us，采样长度不小于1024点，每5m校对一次距离，仪器发射和接收的计时误差小于10us；

（3）同一剖面进行多个空间CT观测时，保持观测系统一致；

（4）同一部位的初检及复检工作使用同一台仪器设备或不同仪器的校验差值不超过1%；

（5）现场检测过程中，严格按照相关规范与技术文件实施。

4 成果分析

4.1 地球物理特征

地球物理检测的原理是被探测体存在物性参数的差异（常表现为介质的电、磁、弹性波速等物性参数），测区内混凝土防渗墙中缺陷部位（裂隙、架空区、离析或蜂窝等）与连续完整的混凝土墙体的声波波速有较大的差异；混凝土墙体的声速同墙下基岩（黑云母花岗闪长岩）声波波速有较大的差异；基岩同岩体中不良地质发育带的声波波速有较大差异，因此，测区内具备较良好的地球物理检测条件。

4.2 检测成果

4.2.1 混凝土防渗墙检测成果

经过声波CT对防渗墙的检测，墙体混凝土波速值在3000m/s～4400m/s之间。

混凝土防渗墙与基岩接触部位声波波速值均大于3600m/s，说明墙体与接触段灌浆效果较好。

4.2.2 混凝土防渗墙检测成果

根据防渗墙下帷幕灌后声波CT测试结合灌后压水试验检测资料得出：

（1）灌后基岩声波波速值均大于4200m/s，符合设计文件中“坝基岩体工程地质分类标准”的弱风化下段（Ⅲ1）～微风化～新鲜岩体（Ⅱ）类别。

（2）综合对比混凝土防渗墙声波CT成果，墙下帷幕与基岩接触段部位的波速值均大于3600m/s，墙体与基岩段灌浆效果较好。

5 结论

经过声波CT对防渗墙墙体及墙下帷幕灌浆的检测，墙体混凝土波速值在3000m/s～4400m/s之间，防渗墙与基岩接触部位声波波速值均大于3600m/s，防渗墙墙下帷幕灌浆灌后基岩声波波速值大于4200m/s。检测结果充分表明防渗墙墙体均匀密实，灌浆后墙下岩体较完整或裂隙充填较好。

声波CT成像能够较为直观的反应各类介质的分布情况，其用于防渗墙墙体及帷幕灌浆质量的检查，相对于其他检测方法更方便、更快捷、更准确，适合于广泛推广及普及。

【参考文献】