李輝龍，卜云峰

(中國水電基礎局有限公司，天津 301700)

近幾年，在水利、橋梁、電力等地下連續(xù)墻工程項目中，對墻體有效厚度和垂直度的要求越來越高，而對上述兩項的控制和檢測，在保證機械設備本身的規(guī)格要求前提下，主要采用超聲波測井儀對墻體有效厚度和垂直度進行監(jiān)控。

已完工的江蘇潤揚公路長江大橋北錨碇和武漢陽邏長江大橋南錨碇地下連續(xù)墻工程以及正在施工的南水北調中線穿黃工程北岸鋼筋混凝土豎井和上海500 kv靜安世博輸變電地下連續(xù)墻工程，都采用了超聲波測井儀對墻體有效厚度和垂直度進行控制和檢測，對地下連續(xù)墻的施工起到了很好的指導作用，為確保地下連續(xù)墻施工質量奠定了堅實的基礎。

1 超聲波測井儀的構造及檢測原理

1.1 主要構造及組成

DM684型超聲波測井儀主要由孔口裝置和控制面板兩部分組成，前者用于安裝傳感器及其電纜和承載鋼絲等，后者用于控制傳感器提升、下放及停止、打印測量記錄、調整圖譜效果和設置測量參數(shù)等。兩部分由數(shù)據(jù)線相連。

1.1.1 孔口裝置

如圖1所示，孔口裝置主要由電纜絞輪、鋼絲絞輪、傳感器、數(shù)據(jù)線接口、限位器和鋼框架組成。其中電纜絞輪所纏繞的黑色電纜線用于傳感器電源和采集數(shù)據(jù)傳輸，該電纜線一端與傳感器相連，另一端與數(shù)據(jù)線接口相連;鋼絲絞輪共有兩個，分別在限位器左右兩側，且同步轉動，選用Φ2無鈕矩鋼絲繩提升和下放傳感器，以免電纜線承重受損;傳感器由水平橫梁和鋼絲吊起，保證其鉛垂，該傳感器共有4個方向的信號發(fā)射源，分別為 X、X’、Y、Y’，標識于限位器外殼上，可以同時測量前、后、左、右4個方向，并對應控制面板上的記錄紙打印各方向的測量結果，即圖譜;數(shù)據(jù)線接口為15針插孔，位于裝置側面，用于連接控制面板與孔口裝置，以供給傳感器電源和數(shù)據(jù)傳輸;限位器位于傳感器上方，有兩個限位開關，一個用于傳感器提升限位，一個用于傳感器下放至孔底后自動停止;鋼框架用固定和防護各部件。裝置側面安裝一套固定傳動比的齒輪，用鏈條相連，由限位器內的馬達提供動力，以實現(xiàn)鋼絲絞輪和電纜較輪的同步運動。

1.1.2 控制面板

如圖2所示，控制面板主要由左、中、右三部分組成，左側為電源控制部分，右側為測量參數(shù)設置部分，中間為測量記錄部分。共有9個旋鈕和4個開關，其名稱和主要用途見表1。

圖1 DM684型超聲波測井儀孔口裝置

圖2 DM684型超聲波測井儀控制面板

DM684型超聲波測井儀通過信號電路由傳感器向待測孔壁發(fā)射脈沖信號，再通過振蕩電路對待測孔壁反射的信號進行處理，并直接將處理后的信號傳送至記錄筆，由記錄筆打印待測孔壁的圖譜。

1.2 檢測原理

2 檢測及保養(yǎng)

2.1 檢測過程

1)超聲波測井儀運至現(xiàn)場開始使用前，應做空氣介質校準檢測，其方法是在地表將孔口裝置架高約1m，在傳感器四周約60cm處放置四塊同規(guī)格的光滑木板(亦或是鋼板，作為假定孔壁)，下放傳感器，打印檢測記錄，調整初始記錄校準旋鈕(CALIBRATION)，校準圖譜間距與預設標記線接近，調整圖譜套鈕(STC和GAIN)，使圖譜清晰連續(xù)。

表1 DM684型超聲波測井儀控制面板各部件組成及用途表

2)在導墻上放置兩塊承臺板，間距70cm左右，將超聲波測井儀的孔口裝置放于承臺板之上，使傳感器位于導墻中心，調平穩(wěn)定。

3)將超聲波測井儀的控制面板部分放于離孔口裝置約5m的位置，保證操作人員能夠看清傳感器，以便控制傳感器的運動。

4)在控制面板上設置檢測參數(shù)，主要包括測量半徑及輻度、走紙速度和寬度標記，檢查控制面板上所有開關均位于關閉狀態(tài)，所有旋鈕均處于最小位置。

5)連接孔口裝置和控制面板之間的數(shù)據(jù)線，該數(shù)據(jù)線為15針對接插線，連接和斷開時注意保持針頭與插孔平行，并定時清理污物，保持清潔。

6)將控制面板上的所有開關均置于關閉狀態(tài)，除初始記錄校準旋鈕、測量半徑(輻度)旋鈕和走紙速度旋鈕為預先設定外，其他可調旋鈕均置于最小位置。

7)連接控制面板主電源，打開左上方主電源開關，此時電壓表顯示工作電壓110 V，將傳感器動作開關(WINCH)拔至DOWN位，右旋傳感器運動速度旋鈕(SPEED)至3檔，此時傳感器開始向下運動。

8)當傳感器下放至槽口時，將記錄筆電源開關(RECORDER POWER)拔至ON檔，此時記錄筆開始打印孔壁圖譜，調整圖譜套鈕(STC和GAIN)，使圖譜清晰連續(xù)。

9)當傳感器下放至孔底時，由限位器控制傳感器自動停止，將記錄筆電源開關拔至 OFF檔，傳感器動作開關(WINCH)拔至STOP位，此時記錄筆停止記錄。

10)檢查打印記錄，若圖譜清晰連續(xù)，可將傳感器動作開關(WINCH)拔至UP位，提升傳感器至孔口，若圖譜效果不好，可將記錄筆電源開關(RECORDER POWER)拔至ON檔，傳感器動作開關(WINCH)拔至UP位，實現(xiàn)自下而上檢測。

11)為消除泥漿浮力對檢測效果的影響，通常采用自下而上的方法檢測，同時，為減少泥漿中的氣泡或有機物形成的氣層對發(fā)射波的屏蔽作用，建議施工設備從孔內提出后，靜置15min后再開始用超聲波測井儀進行檢測。

2.2 儀器保養(yǎng)維護

1)傳感器提出孔口后，左旋傳感器運動速度旋鈕(SPEED)至1檔，降低傳感器提升速度，使之緩慢接觸限位器開關，實現(xiàn)自動停止。

2)用清水沖洗干凈電纜絞輪、鋼絲絞輪和傳感器，用限位器兩側的掛鉤吊起傳感器，使承重鋼絲處于松馳狀態(tài)，斷開主電源，拔掉數(shù)據(jù)電纜并清洗干凈。

3)檢測結束后，用濕布擦凈控制面板上的污垢和泥漿，保持各開關、旋鈕和記錄筆干凈清潔，給孔口裝置上所有軸承涂上黃油和潤滑油進行保養(yǎng)。

4)將孔口裝置的外鋼架和控制面板箱擦洗干凈，放置在水平干燥的地方，有條件的應放在指定的辦公室內，避免風吹日曬。

5)在任何時候切斷電源之前，必須確?？刂泼姘宓乃虚_關均處于關閉狀態(tài)。

6)超聲波測井儀屬精密儀器，應輕拿輕放，搬運時避免撞擊。

3 數(shù)據(jù)分析及對施工的指導

3.1 數(shù)據(jù)分析

超聲波測井儀最終的成果是測量記錄，即被測槽壁的圖譜及相關數(shù)據(jù)，包括測量孔深、設計孔寬(墻厚)和打印比例等。數(shù)據(jù)分析就是對超聲波測井儀打印的測量記錄進行計算分析，從而得出被測孔壁的各深度偏差值及相應垂直度(即孔斜率)，用以判斷被測孔壁是否滿足設計要求，同時指導施工設備如何進行糾偏。

3.2 對施工的指導作用

實際施工過程中，根據(jù)槽段長度可以對已成槽孔前后和兩端的孔壁進行檢測，以判斷該槽孔各單孔的垂直度。現(xiàn)以上海500 kV靜安世博輸變電地下連續(xù)墻工程為例，選取具有代表性的一期槽孔和二期槽孔檢測的圖譜，分析檢測記錄反映的槽孔情況以及對下一步造孔施工的指導作用。

該工程地下連續(xù)墻呈圓周型，墻體外邊直徑130 m，設計墻厚120 cm，設計墻深57.5 m，設計槽孔垂直度≤1/600。成槽選用液壓抓斗和液壓雙輪銑，分一、二期施工，下設鋼筋籠，墻體連接采用工字鋼剛性接頭，工字鋼焊接在一期槽孔鋼筋籠兩端，根據(jù)施工設備性能結合鋼筋籠重量，一期槽孔長6.2 m，二期槽孔長6.5 m。地下連續(xù)墻軸線區(qū)域地層主要為上部黏土層和下部砂層，上部黏土層由液壓抓斗分三抓直接抓取，下部砂層由液壓雙輪銑銑分三銑削至孔底。施工過程中采用膨潤土泥漿護壁，成槽驗收合格后采用液壓雙輪銑正循環(huán)清孔換漿。成槽驗收前，對槽孔的孔形(孔寬、墻厚、垂直度等)使用DM684型超聲波測井儀進行自檢，一期槽孔檢測3個斷面，如圖3所示，共檢測A～H共8個方向的孔壁情況，A、B、C、D、E 和 F 方向分別為1、2、3 號單孔位置前后孔壁，G和H方向為原狀地層，檢測這兩個方向以保證有效的槽孔長度和鋼筋籠順利下放至孔底。二期槽孔檢測3個斷面，如圖4所示，檢測A～F共6個方向的孔壁情況，G和H方向為工字鋼接頭，檢測這兩個方向的主要目的是檢測工字鋼的垂直度、判斷一期槽孔澆筑混凝土是否會產(chǎn)生繞流和調整二期鋼筋籠尺寸。

槽孔施工過程中，按照施工細則要求對單孔進行限孔深檢測，即在單孔成槽每10 m檢測一次，發(fā)現(xiàn)偏斜立刻進行糾偏處理，終孔驗收前進行整孔檢測做為驗收資料存檔。一期槽孔檢測情況如圖5所示，圖中每條豎線間距代表實際10 cm(可以根據(jù)實際需要通過控制面板上的SHIFT旋鈕調整該比例)，每條橫線間距代表實際5 m(可見左側孔深標記)。

從圖6可以看出，傳感器位于槽孔中心線上，距離設計孔端70 cm，檢測深度為35 m，孔端圖譜顯示，該孔自孔深10 m處開始向槽孔內偏斜，至35 m處偏斜30 cm，計算垂直度約為1/117，已經(jīng)超出設計要求，需對該槽孔進行糾偏，槽壁圖譜顯示，該孔右側孔壁自孔深10m處向左側偏斜，至35 m處偏斜10 cm，計算垂直度約為1/350，超出設計要求，需糾偏。如圖6所示，液壓抓斗在導板前后左右共安裝12塊糾偏板，其中前后各4塊，左右各2塊，糾偏板由液壓油缸控制伸出和收回。對于上述槽孔孔端糾偏，應將斗體放至10 m后，伸出4號和5號糾偏板，使整個斗體上部向左傾斜下部向右傾斜，從而對右側孔端進行強制糾偏。對于前后槽壁的糾偏，應將斗體放至10 m后，伸出1號和2號糾偏板，同時伸出7號和8號對面的糾偏板，使整個斗體上部向右傾斜下部向左傾斜，從而對右側孔壁進行強制糾偏。當孔深超過35 m以下發(fā)生偏斜時，由液壓雙輪銑進行糾偏，其糾偏原理同液壓抓斗相同，僅在糾偏所需區(qū)間上有所不同，這與二者的導板長度有關，液壓抓斗在5 m左右，液壓雙輪銑在12 m左右。

二期槽孔檢測情況見圖7所示，從圖中可以看出，傳感器位于槽孔中心線上，距離設計工字鋼接頭60 cm，檢測深度為57.5 m，工字鋼接頭圖譜顯示，相鄰一期槽孔鋼筋籠下設時向左偏斜，同時工字鋼整體發(fā)生彎曲變形，自孔深36 m至43 m段內有近40 cm混凝土繞流，需使用沖擊鉆機對其進行處理，處理時應注意工字鋼整體向左偏斜，糾偏前可以在沖擊鉆具上焊接導向定位，以保證鉆具沖擊時穩(wěn)定，有效沖擊繞流混凝土，提高處理速度。槽壁圖譜顯示，該孔左側孔壁自孔深30 m至36 m處槽壁有近20 cm突起，而相對應的右側槽壁比較平滑，加之該段為淤泥質黏土層和砂層的交界帶，因此，可以初步判斷該段發(fā)生縮孔，為保證鋼筋籠的順利下設，需使用液壓銑對該段進行處理，將銑頭放至30 m后，降低銑頭轉動和下放速度，緩慢銑削，直到36 m左右即可停止。

4 經(jīng)驗及建議

1)超聲波測井儀是目前對孔壁檢測較為準確的儀器，儀器本身雖然存在測量誤差，加之該儀器無法直接計算孔壁垂直度，需由檢測人員手工量取圖譜尺寸計算，難免會出現(xiàn)不同人員計算出不同的孔壁垂直度的現(xiàn)象，但完全可以作為指導施工的依據(jù)。

2)被測槽孔泥漿的比重對超聲波測井儀的測量有過程中一定影響，根據(jù)本工程經(jīng)驗，如果泥漿比重＞1.20 g/cm3，打印的圖譜會發(fā)黑并含有大量砂點，通過調整聲波強度可以減少砂點，但若效果仍不理想，就必須減小泥漿比重或直接更換新泥漿。

3)根據(jù)本工程測量實踐，施工設備剛提出槽孔后，不適宜馬上進行測量，因為此時泥漿中會含有氣泡或地層中含有大量的有機物而形成氣層，導致聲波無法透過此氣層而被屏蔽，在記錄圖譜上會呈現(xiàn)麻點狀或空白區(qū)使記錄模糊不清，通?？伸o置10～15 min后再測量。

圖3 一期槽孔檢測工況圖

圖4 二期槽孔檢測工況圖

圖5 一期槽孔檢測圖譜

圖6 液壓抓斗糾偏裝置

圖7 二期槽孔檢測圖譜(二)