地下连续墙槽孔的超声波检测技术.pdf

1、作 者 简 介 :王 宏 坤 ,1972 年 生 ,男 ,1990 年 毕 业 于 长 春 工 业 高 等 专 科 学 校 地 基 与 基 础 工 程 专 业 ,主 要 从 事基 础 工 程 行 业 的 技 术 工 作 。地 下 连 续 墙 槽 孔 的 超 声 波 检 测 技 术王 宏 坤(北 京 市 水 利 工 程 基 础 处 理 总 队 ,北 京 100094)【 摘 要 】 以 超 声 波 技 术 为 手 段 ,可 以 获 得 cm级 精 度 的 地 下 连 续 墙 槽 孔 检 测 图 纸 的 新 型 检 测 方 法 。【 关 键 词 】 超 声 波 ;槽 孔 ;检 测 图 纸【 Abs

2、tract】 A new testing method of trench in continuous concrete wall is introduced , by means of which canachieve testing drawing with the precision of centimeter1【 Key words】 ultrasonic ; trench ; testing drawing0 引 言地 下 连 续 墙 槽 孔 的 形 状 过 去 只 能 通 过 一些 简 单 的 方 法 进 行 粗 略 测 定 ,人 们 无 法 看 到墙 面 的 形 状 。 随 着

3、科 技 进 步 ,电 子 学 和 超 声波 学 被 引 进 到 基 础 工 程 行 业 的 检 测 中 ,我 们可 以 通 过 超 声 波 技 术 精 确 地 检 测 出 地 下 连 续墙 槽 孔 的 形 状 。1 检 测 原 理超 声 波 检 测 系 统 由 探 测 器 、 卷 扬 机 、 记 录器 三 大 部 分 组 成 ,各 部 分 之 间 通 过 电 缆 连 接构 成 工 作 系 统 。 探 测 器 在 工 作 时 同 时 向 四 个方 向 ( X 轴 正 负 方 向 , Y 轴 正 负 方 向 ) 定 向 发射 频 率 为 100 kHz 的 超 声 波 ,并 接 收 反 射 回来

4、的 信 号 ,这 样 就 可 同 时 检 测 4 个 墙 面 ;卷 扬机 负 责 提 动 探 测 器 在 槽 孔 中 垂 直 升 降 ;记 录器 负 责 计 算 处 理 探 测 器 传 回 的 反 射 信 号 ,并打 印 成 图 纸 。 这 样 就 可 以 获 得 直 观 的 地 下 连续 墙 槽 孔 的 墙 面 、 端 面 的 形 状 以 及 其 他 一 些信 息 。 系 统 采 用 220 V 电 源 为 动 力 ,卷 杨 机 、探 测 器 和 记 录 器 均 为 箱 式 结 构 ,使 用 运 输 方便 。 检 测 系 统 结 构 见 图 1。2 检 测 图 纸 构 成检 测 图 纸 主

5、要 包 含 以 下 几 个 要 素 :发 振图 1 检 测 系 统 结 构 图线 、 横 向 分 划 线 、 竖 向 分 划 线 、 预 计 位 置 线 、 深度 标 记 、 方 向 标 记 、 墙 面 实 测 线 等 。 发 振 线 表示 探 测 器 的 运 行 路 线 ;横 向 和 竖 向 分 划 线 构岩 土 工 程 技 术Geotechnical Engineering Technique1999 年 第 4 期No14 1999成 图 纸 网 格 ,便 于 定 量 观 察 。 分 划 线 的 距 离可 调 整 ,通 常 竖 向 1 m ,横 向 20 cm。 深 度 标记 和 方 向

6、 标 记 分 别 表 示 槽 孔 深 度 和 探 测 器 的运 动 方 向 。 墙 面 实 测 线 是 图 纸 中 最 重 要 的线 ,它 表 示 槽 孔 的 实 际 形 状 (见 图 2) 。a 发 振 线 、 b 横 向 分 划 线 、 c 竖 向 分 划 线 、d 预 计 位 置 线 、 e 深 度 标 记 、 f 方 向 标 记 、g 墙 面 实 测 线图 2 检 测 图 纸 构 成3 检 测 图 纸 举 例 分 析笔 者 曾 采 用 此 技 术 对 以 液 压 抓 斗 为 造 孔机 械 的 地 下 连 续 墙 槽 孔 进 行 过 大 量 的 检 测 。检 测 时 让 探 测 器 处

7、于 槽 孔 的 中 央 ,这 样 一 来可 以 同 时 检 测 到 215 m 长 度 方 向 和 018 m 宽度 方 向 的 四 个 墙 面 (见 图 3) 。图 3 探 测 器 下 设 位 置 图311 混 凝 土 接 头 的 形 状在 所 检 测 的 有 混 凝 土 接 头 的 槽 孔 中 ,混凝 土 接 头 都 不 是 平 直 的 。 比 较 常 见 的 形 状 见图 4 (a) ( b) ,上 部 平 直 下 部 外 斜 突 出 。 主 要原 因 是 接 头 管 首 次 起 拔 的 时 间 过 早 ,下 部 混凝 土 还 没 有 形 成 足 够 的 强 度 ,这 样 在 上 部 混

8、凝 土 压 力 的 作 用 下 会 产 生 塑 性 外 流 ,见 图 4(a) 15 17 m 段 。 当 混 凝 土 有 一 定 的 强 度 以后 ,再 向 上 提 拔 接 头 管 ,就 会 形 成 和 接 头 管 一样 直 的 混 凝 土 接 头 ,见 图 4 (a) 0 15 m 段 。如 果 不 仅 接 头 管 起 拔 时 间 过 早 ,而 且 起拔 速 度 过 快 ,那 么 外 流 段 就 会 更 长 (见 图 4(c) (d) ) ,下 半 部 外 流 上 半 部 变 形 。图 4 混 凝 土 接 头 形 状312 混 凝 土 接 头 对 二 期 造 孔 的 影 响一 期 槽 的

9、混 凝 土 接 头 大 都 不 是 平 直 的 ,但 对 二 期 槽 造 孔 的 孔 斜 和 孔 径 都 无 明 显 的 影响 。 由 图 5 可 以 看 出 这 一 点 :0 812 m 段 混凝 土 接 头 是 直 的 ,但 在 018 m 的 宽 度 方 向 仍有 偏 斜 ;812 9 m 段 混 凝 土 接 头 内 凹 ,91712 m 段 混 凝 土 接 头 外 凸 ,但 这 一 段 的 孔 斜 和孔 径 没 有 变 化 ,仍 保 持 原 状 态 。313 槽 孔 在 砂 层 中 扩 径 后 的 形 状抓 斗 在 砂 层 中 造 孔 时 会 产 生 扩 径 ,与 回转 钻 进 不 同

10、 ,抓 斗 在 215 m 长 度 方 向 和 018 m宽 度 方 向 的 扩 径 值 不 等 。 由 图 6 中 可 以 看 出11王 宏 坤 :地 下 连 续 墙 槽 孔 的 超 声 波 检 测 技 术图 5 接 头 形 状 与 孔 斜 的 关 系在 018 m 宽 度 方 向 9 1015 m 段 有 明 显 扩径 ,单 侧 外 扩 约 20 cm。 在 同 一 深 度 上 ,在215 m 长 度 方 向 上 并 无 扩 径 。 这 是 因 为 抓 斗在 造 孔 过 程 中 对 长 度 方 向 两 端 的 土 只 是 冲切 ,在 闭 合 过 程 中 会 对 中 间 的 土 产 生 挤

11、压 扰动 。 所 以 中 间 有 扩 孔 ,两 端 无 扩 孔 。图 6 槽 孔 在 砂 层 中 扩 径314 槽 孔 的 一 些 其 它 问 题1)槽 孔 中 间 扭 曲抓 斗 造 孔 一 样 会 产 生 中 间 扭 曲 ,见 图 7中 0 10 m 槽 孔 垂 直 度 较 高 ,10 14 m 段 发生 了 扭 曲 ,14 18 m 又 有 了 较 高 的 垂 直 度 。这 样 的 槽 孔 在 下 钢 筋 笼 时 会 遇 到 困 难 。图 7 槽 孔 扭 曲2)上 部 扩 径如 图 8 所 示 :槽 孔 在 215 314 m 有 扩径 。 从 抓 斗 抓 出 的 土 样 来 看 ,这 一

12、 层 含 有 较多 的 卵 石 。图 8 槽 孔 上 部 扩 径3)下 部 扩 径图 9 中 在 槽 孔 下 部 约 3 m 长 的 一 段 有 扩径 ,最 大 处 约 外 扩 20 cm。 这 一 深 度 的 地 层 为粉 砂 层 。图 9 槽 孔 下 部 扩 径(下 转 17 页 )21 岩 土 工 程 技 术 1999 年 第 4 期按 表 5 所 确 定 的 权 重 ,充 分 考 虑 了 软 土厚 度 在 评 价 中 的 作 用 。413 综 合 评 价 图 的 形 成综 合 评 价 图 的 形 成 过 程 即 网 格 化 后 的 图形 叠 加 过 程 。 将 已 网 格 化 图 形

13、乘 已 给 定 的 权重 ,完 成 单 因 素 图 形 对 综 合 评 价 图 的 量 化 过程 ,然 后 再 将 这 些 图 形 进 行 叠 加 ,形 成 综 合 评价 网 格 图 。 基 本 计 算 过 程 可 用 下 式 表 示 :B = ni = 1Xi Ri (1)式 中 : B 为 综 合 评 价 结 果 ; X 为 单 因 素 评 价结 果 ; R 为 权 重 ; i 为 第 i 个 评 价 因 素 ; n 为 评价 因 素 的 数 量 。在 单 因 素 评 判 结 果 的 基 础 上 ,将 经 过 网格 化 、 权 重 处 理 的 各 单 因 素 分 布 图 调 入 到 图形

14、处 理 软 件 中 进 行 矢 量 运 算 ,经 过 图 形 叠 加等 一 系 列 计 算 机 操 作 处 理 后 ,形 成 了 以 数 万组 评 价 结 果 数 据 为 基 础 的 网 格 数 据 图 形 。 这数 万 组 网 格 数 据 粗 看 起 来 是 连 续 分 布 的 ,但对 其 进 行 数 理 统 计 分 析 可 以 发 现 数 据 相 对 集中 的 三 个 区 域 ,这 样 可 将 901 工 程 区 软 土 划分 三 个 区 域 ,命 名 为 软 土 地 基 质 量 最 差 区 、 软土 地 基 质 量 中 等 区 、 软 土 地 基 质 量 最 好 区 。这 三 个 区 基

15、 本 上 与 各 软 土 单 因 素 评 判 图 中 的质 量 最 好 、 中 等 、 最 差 区 相 对 应 ,见 图 3。5 结 论在 分 析 影 响 软 土 地 基 质 量 各 因 素 的 基 础上 ,利 用 计 算 机 编 制 了 影 响 软 土 地 基 质 量 的单 因 素 评 价 图 ,利 用 图 形 叠 加 技 术 ,完 成 了 厦门 901 区 软 土 地 基 质 量 综 合 评 价 ,对 901 软土 分 布 区 的 工 程 建 筑 布 局 提 供 较 完 善 的 工 程地 质 分 区 资 料 ,为 实 现 计 算 机 辅 助 编 制 地 基质 量 综 合 评 价 分 区 图

16、 探 索 一 条 新 路 。收 稿 日 期 :1999201205(上 接 12 页 )315 泥 浆 质 量 对 检 测 结 果 的 影 响泥 浆 质 量 对 于 检 测 结 果 有 着 显 著 的 影响 。 虽 然 超 声 波 检 测 不 能 直 接 检 测 泥 浆 ,但可 以 从 侧 面 反 应 出 泥 浆 的 质 量 情 况 。 图 10(a)是 在 泥 浆 质 量 较 差 的 情 况 下 测 得 的 ,图 中的 干 扰 点 是 大 量 悬 浮 在 泥 浆 中 的 钻 渣 ,槽 壁线 模 糊 不 清 。 图 10 (b)是 在 泥 浆 质 量 较 好 的情 况 下 测 得 的 ,图 中

17、 无 干 扰 点 ,槽 壁 清 晰 。图 10 泥 浆 对 检 测 的 影 响4 检 测 中 的 注 意 事 项在 不 同 的 传 播 介 质 中 超 声 波 的 波 速 是 不同 的 。 在 检 测 之 前 ,要 根 据 介 质 (水 或 泥 浆等 )的 温 度 和 相 对 密 度 重 新 设 定 波 速 。 一 般应 等 到 停 止 钻 进 20 min 后 再 进 行 检 测 ,因 为这 时 槽 孔 内 的 泥 浆 已 经 停 止 流 动 ,且 泥 浆 中的 小 气 泡 已 排 出 ,钻 屑 已 沉 淀 ,易 得 到 好 的 检测 效 果 。5 结 语超 声 波 检 测 技 术 可 以 检 测 深 100 m 以内 ,半 径 范 围 16 m 以 内 的 各 类 槽 孔 ,且 可 以获 得 精 度 在 cm 级 的 直 观 的 检 测 图 纸 ,达 到常 规 检 测 方 法 所 无 法 达 到 的 效 果 。收 稿 日 期 :199920622371郑 宜 枫 等 : 计 算 机 图 形 技 术 在 软 土 地 基 质 量 综 合 评 价 中 的 应 用