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1工程概況

根據天津市委八屆三次全會提出的“三步走”戰(zhàn)略目標和五大戰(zhàn)略舉措，以建設世界名河為目的，海河綜合開發(fā)改造工程正在緊張有序地建設實施。海河堤岸改造是本工程的重要組成部分之一，又是先期實施的基礎工程，該工程從北運河的北洋橋至海河外環(huán)線橋，河道全長約20km，左右兩岸累計堤岸長約40km，起步區(qū)段為慈海橋至北安橋段和瓊州道至海河大橋段。

按照海河綜合開發(fā)規(guī)劃，其堤岸工程斷面大多采用退臺式護岸，需對現狀護岸進行改造。劉莊橋下游段堤岸斷面在高程2.0m（大沽高程，下同）處設親水平臺，親水平臺與現狀地面之間設直墻式護岸，親水平臺與河岸邊多采用重力式擋土墻或板樁式護岸。

該工程段(右岸)在埋深0～18m范圍內所涉及到的地層為第四系全新統(tǒng)松散堆積物，自上而下依次為：

⑴人工填土層（rQ）：全區(qū)分布，該層由雜填土和素填土組成，層底高程-0.51～2.00m。

⑵古河道、河漫灘沖積相新近沉積層（alQ43N）：全區(qū)分布，該層巖性變化不大，主要由粉質粘土及粉土組成，局部夾有淤泥質粉質粘土及淤泥質粉土透鏡體，層底高程-7.18～-6.54m。

⑶第四系全新統(tǒng)中部海相層（mQ42）：全區(qū)分布，巖性由粉質粘土及粉土組成，局部夾有淤泥質粉質粘土透鏡體，層底高程-12.45～-10.53m。

⑷第四系全新統(tǒng)下部陸相沉積層（alQ41）：巖性由粉質粘土及粉土組成，該層未揭穿，可見厚度大于7.00m。

依據委托單位提供的設計及施工資料，本段地連墻總長度為308.33m，共分18個槽段，四種建筑類型，本次檢測其中一種類型（即I型），該類型地連墻厚0.6m、寬6.0m、深13.5m。按照國家和天津市的有關規(guī)定，并考慮本工程的具體情況和設計要求，確定檢測6個槽段，檢測比例為33.3%。檢測位置見圖1（圖中A、B、C為各檢測段號三個預埋聲測管）。

2檢測原理與方法

以介質的彈性特征為基礎，進行彈性波測試，以求得筑墻介質的物理力學指標。當彈性波在介質內傳播時，與介質本身的物理力學性質有著密切的關系，通過測取彈性波的波列記錄，可以取得一系列運動學和動力學參數，分析整理這些參數，來判定介質質量的優(yōu)劣，并提供定量依據。

理論分析和實踐經驗表明，地連墻混凝土質量較好時，其聲波速度值較高或波幅值較大(信號強)，且波速離散性較??；而混凝土質量存在缺陷(離析、密實度差、強度低)時，其聲波速度值較低或波幅值減小(信號弱)，且波速離散性較大。

檢測采用聲波穿透法，測試原理見圖2。其中由發(fā)射換能器激發(fā)的聲波經水的耦合傳播到聲測管，再在墻體混凝土介質中傳播，經接收端的聲測管由水耦合到接收換能器。

根據本次檢測任務要求和現場各槽段聲測管的分布特點，施測時在每一槽段的三個預埋管中放入三個諧振頻率為50kHz的聲波換能器，中間管(圖1中B號管)放置發(fā)射換能器，兩側管(圖1中A號管和C號管)放置接收換能器。首先將三個換能器置入管底并使其位于同一高程，由下而上實施觀測，測點距為0.25m，三探頭同步提升并進行測試，直至管口。

測試儀器為國產WSD—2型數字聲波分析儀及其附屬設備。

3數據整理與分析

將實測數據進行歸納整理，按照式(1)計算聲波速度Vp(m/s)。

Vp=L/T………………………………………………(1)

式中：L——發(fā)射管與接收管外壁之間的水平距離(m)；T——聲波在距離L內的走時(s)。

根據求得的聲波波速值繪制速度(Vp)——深度(H)曲線，并按照下列方法和步驟確定聲速臨界值，以此判定聲速異常區(qū)。

（1）將同一檢測剖面各測點的聲速值由大到小依次排序，即

Vp1≥Vp2≥…≥Vpi≥…≥Vpn-k≥…≥Vpn-1≥Vpn………………………………(2)

式中：Vpi——按序排列后的第i個聲速(Vp)測量值；n——測點數；k——逐一去掉式(2)Vpi序列尾部最小數值的數據個數。

（2）對逐一去掉Vpi序列中最小數值后余下的數據進行統(tǒng)計計算。當去掉最小數值的數據個數為k時，對包括Vpn-k在內的余下數據Vp1～Vpn-k按下列公式進行統(tǒng)計計算：

Vp0=Vpm－λSx…………………………………………(3)

…………………………………(4)

………………………(5)

上述式中：Vp0——異常判斷值；Vpm——n－k個數據的平均值；Sx——n－k個數據的標準差；λ——由表1查得的與n－k相對應的系數。

（3）將Vpn-k與異常判斷值Vp0進行比較，當Vpn-k≤Vp0時，Vpn-k及其以后的數據均為異常，應去掉；再用數據Vp1～Vpn-k-1并重復式(3)～(5)計算步驟，直到Vpi序列中余下的全部數據滿足：Vpi＞Vp0，此時，Vp0為聲速的異常臨界值VpD。

（4）聲速異常時的臨界值判據為：Vpi≤VpD，當其成立時，聲速可判定為異常。

（5）當檢測剖面n個測點的聲速值普遍偏低且離散性較小時，宜采用聲速低限值判斷：Vpi＜VpL，其中Vpi——第i個測點聲速(m/s)；VPl——聲速低限值(m/s)，由預留同條件混凝土試件的抗壓強度與聲速對比試驗結果并結合實際經驗確定。

當上式成立時，可直接判定為聲速低限值異常。

表1統(tǒng)計數據個數n－k與對應的λ值

n-k

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

λ

1.64

1.69

1.73

1.77

1.80

1.83

1.86

1.89

1.91

1.94

1.96

1.98

2.00

2.02

2.04

n-k

50

52

54

56

58

60

62

64

66

68

70

72

74

76

78

λ

2.05

2.07

2.09

2.10

2.11

2.13

2.14

2.15

2.17

2.18

2.19

2.20

2.21

2.22

2.23

n-k

80

82

84

86

88

90

92

94

96

98

100

105

110

115

120

λ

2.24

2.25

2.26

2.27

2.28

2.29

2.29

2.30

2.31

2.32

2.33

2.34

2.36

2.38

2.39

n-k

125

130

135

140

145

150

160

170

180

190

200

220

240

260

280

λ

2.41

2.42

2.43

2.45

2.46

2.47

2.50

2.52

2.54

2.56

2.58

2.61

2.64

2.67

2.69

（6）當采用斜率法的PSD值作為輔助異常點判據時，PSD值應按下列公式計算：PSD=K·△T…………………………………………(6)

………………………………………(7)

△T=Tpi－Tpi-1………………………………………(8)

式中：Tpi——第i個測點的聲時(μS)；Tpi-1——第i－1個測點的聲時(μS)；Zi——第i個測點的深度(m)；Zi-1——第i－1個測點的深度(m)。

根據PSD值在某深度處的突變，結合波幅變化情況，進行異常點判斷。

（7）當采用信號主頻值作為輔助異常點判據時，主頻——深度曲線上主頻值明顯降低，可判定為異常。

綜合上述分析，地連墻混凝土質量異常區(qū)應結合各聲學參數臨界值、PSD判據、混凝土聲速低限值以及混凝土質量可疑點加密測試后的結果等綜合判定，并確定混凝土缺陷的范圍和大小。

4成果分析與質量評價

綜合分析聲速(波幅)——深度曲線圖(典型曲線見圖3)并結合施工資料，對地連墻混凝土內部結構進行質量評價。

（1）地連墻缺陷：以聲速臨界值（或聲速低限值）、聲速平均值以及波幅臨界值判據進行綜合分析判定。

（2）地連墻混凝土均勻性按聲速離散系數Cv（Cv=Sx/Vpm×100%）可分為A、B、C、D四級(見表2)。

（3）根據地連墻混凝土聲學特征及其均勻性，是否存在缺陷以及缺陷的嚴重程度，將地連墻的內部結構質量分為四類：

表2聲速離散系數級別表

混凝土均勻性等級

A級(均勻)

B級(一般)

C級(較差)

D級(極差)

Cv(%)

Cv<5

5≤Cv<10

10≤Cv<15

Cv≥15

Ⅰ類(優(yōu)良)：各檢測剖面的聲學參數均無異常，無聲速低于低限值異常。

Ⅱ類(較好)：某一檢測剖面?zhèn)€別測點聲學參數出現異常，個別測點聲速低于低限值異常。

Ⅲ類(一般)：某一檢測剖面連續(xù)多個測點的聲學參數出現異常；兩個或兩個以上檢測剖面在同一深度測點的聲學參數出現異常；局部混凝土聲速出現低于低限值異常。

Ⅳ類(較差)：某一檢測剖面連續(xù)多個測點的聲學參數出現異常；兩個或兩個以上檢測剖面在同一深度測點的聲學參數出現異常；混凝土聲速出現普遍低于低限值異?；驘o法檢測首波或聲波接收信號嚴重畸變。

由本測段地連墻預留同條件混凝土試件的抗壓強度與聲速對比試驗結果，并結合本市實際測試經驗確定該地連墻混凝土質量評價的聲速低限值為4.00km/s?，F就檢測槽段的聲波成果分析如下：

①段13-I/38：該檢測段號測試深度僅為9.00m(9m以下因堵孔無法測試)，AB、BC剖面在深0～1.00m處聲速小于低限值4.00km/s，影響聲速平均值、臨界值的計算取值，其余測段各測點聲速正常；AB、BC剖面聲波速度平均值分別為3.97km/s、4.3km/s，標準差分別為0.34km/s、0.38km/s，混凝土離散系數分別為8.56、8.69，表明混凝土在0～1.00m間質量較差，其余測段混凝土質量優(yōu)良。結合波幅等聲學參數，綜合判定該段混凝土質量為Ⅲ類，混凝土均勻性為B級。

②段11-I/30：該檢測段號測試深度為13.5m，其中BC剖面在深8.0～8.5m處聲速小于低限值4.00km/s，影響聲速平均值、臨界值的計算取值，其余測段各測點聲速正常；AB、BC剖面聲波速度平均值分別為4.74km/s、4.24km/s，標準差分別為0.16km/s、0.22km/s，混凝土離散系數分別為3.37、5.19。結合波幅等聲學參數，綜合判定該段混凝土質量為Ⅱ類，混凝土均勻性為A～B級。

③段11-I/31：該檢測段號測試深度為13.5m，其中AB剖面在深0～0.25m處聲速小于低限值4.00km/s，混凝土質量較差，其余測段各測點聲速正常，混凝土質量優(yōu)良；AB、BC剖面聲波速度平均值分別為4.65km/s、4.36km/s，標準差分別為0.18km/s、0.12km/s，混凝土離散系數分別為3.87、2.75。結合波幅等聲學參數，綜合判定該段混凝土質量為Ⅱ類，混凝土均勻性為A級。

④段14-I/39：該檢測段號測試深度為11.0m，其中BC剖面在深0～0.5m處聲速小于低限值4.00km/s，混凝土質量較差，其余測段各測點聲速正常，混凝土質量優(yōu)良；AB、BC剖面聲波速度平均值分別為4.60km/s、4.43km/s，標準差分別為0.12km/s、0.16km/s，混凝土離散系數分別為2.61、3.61。結合波幅等聲學參數，綜合判定該段混凝土質量為Ⅱ類，混凝土均勻性為A級。

⑤段15-I/41：該檢測段號測試深度為13.5m，其中AB剖面在深0～0.75m處聲速小于低限值4.00km/s，混凝土質量較差，其余測段各測點聲速正常，混凝土質量優(yōu)良；AB、BC剖面聲波速度平均值分別為4.93km/s、4.94km/s，標準差分別為0.40km/s、0.30km/s，混凝土離散系數分別為8.11、6.07。結合波幅等聲學參數，綜合判定該段混凝土質量為Ⅱ類，混凝土均勻性為B級。

⑥段10-I/29、段12-I/35、段13-I/36、段13-I/37：各段內混凝土聲速值較高，離散性小，表明檢測段內混凝土質量優(yōu)良，結合波幅等聲學參數，綜合判定上述四段混凝土質量為I類，混凝土均勻性為A級。

各槽段檢測結果及綜合分析見表3。

表3地連墻混凝土質量檢測綜合成果表

段號

檢測深度

齡期

平均聲速

聲速異常臨界值

聲速

標準差

離散系數

混凝土設計強度

質量綜合分析與評判

備注

AB/BC

(m)

(d)

(km/s)

(km/s)

(km/s)

(km/s)

(%)

段10-I/29

13.0

>28

4.57

4.52

4.37

0.11

2.41

C30

整體質量優(yōu)良，綜合評價Ⅰ類，均勻性A級

由本測

段地連

墻混凝

土預留

同條件

混凝土

試件的

抗壓強

度與聲

速對比

試驗結

果并結

合本市

實際測

試經驗

確定該

地連墻

混凝土

質量評

價的聲

速低限

值為4.00

km/s。

4.48

4.11

0.20

4.46

段11-I/30

13.5

>28

4.74

4.49

4.42

0.16

3.37

C30

整體質量較好，其中BC剖面在深8.0～8.5m處聲速小于低限值4.00km/s，綜合評價Ⅱ類，均勻性A～B級

4.24

3.85

0.22

5.19

段11-I/31

13.5

>28

4.65

4.50

4.30

0.18

3.87

C30

整體質量較好，其中AB剖面在深0～0.25m處聲速小于低限值4.00km/s，綜合評價Ⅱ類，均勻性A級

4.36

4.13

0.12

2.75

段12-I/35

9.00

>28

4.42

4.42

4.15

0.14

3.17

C30

整體質量優(yōu)良,綜合評價Ⅰ類，均勻性A級。因C孔堵塞嚴重，BC剖面沒有進行檢測

/

/

/

/

段13-I/36

13.5

>28

4.44

4.58

4.20

0.12

2.70

C30

整體質量優(yōu)良，綜合評價Ⅰ類，均勻性A級

4.72

4.38

0.18

3.81

段13-I/37

13.0

>28

4.71

4.58

4.36

0.18

3.82

C30

整體質量優(yōu)良，綜合評價Ⅰ類，均勻性A級

4.46

4.20

0.13

2.91

段13-I/38

9.00

>28

3.97

4.17

3.22

0.34

8.56

C30

質量一般，其中AB和BC剖面均在深0～1.0m處聲速小于低限值4.00km/s，綜合評價Ⅲ類，均勻性B級

4.37

3.51

0.38

8.69

段14-I/39

11.0

>28

4.60

4.51

4.36

0.12

2.61

C30

整體質量較好，其中BC剖面在深0～0.5m處聲速小于低限值4.00km/s，綜合評價Ⅱ類，均勻性A級

4.43

4.10

0.16

3.61

段15-I/41

13.5

>28

4.93

4.93

4.29

0.40

8.11

C30

整體質量較好，其中AB剖面在深0～0.75m處聲速小于低限值4.00km/s，綜合評價Ⅱ類，均勻性B級

4.94

4.17

0.30

6.07

通過對6個槽段計9個測區(qū)的檢測成果綜合分析和評價可得出如下檢測結果。

（1）被檢測槽段中，混凝土內部結構整體優(yōu)良（Ⅰ類）4個，占所檢測槽段的44.4%；整體質量較好（Ⅱ類）4個，占所檢測槽段的44.4%；整體質量一般（Ⅲ類）1個，占所檢測槽段的11.2%。

（2）被檢測槽段混凝土內部結構整體優(yōu)良或較好，局部槽段質量一般，在檢測的剖面中多存在聲測管管口附近混凝土質量較差。

5結語

以上詳細介紹了聲波穿透法在地連墻質量檢測中的應用及其數據處理和分析方法，由此可以看出，該法具有經濟、無損、快速、便于分析等優(yōu)點，因而在地連墻質量檢測中得到較為廣泛的應用。

目前，應用地球物理探測技術對地下隱蔽工程的無損檢測已經取得了很大的進展，已由試驗研究階段轉向實用階段，并在工程實踐中不斷得到完善和提高。但由于地下隱蔽工程的施工工藝和填筑材料的不同，其存在的質量問題也不盡相同，因此對地下隱蔽工程質量的無損檢測難度也會更大，這就要求我們研究或尋找多種檢測技術或方法，綜合開發(fā)，綜合應用，綜合分析，有效地提高地下隱蔽工程質量檢測的精度，并查明工程內部的質量隱患類型和位置，更好地為工程建設服務，這將是我們今后努力的方向。

參考文獻

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