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      超聲波測井儀在地下連續(xù)墻工程中的應(yīng)用

      2010-06-26 13:38:26李輝龍卜云峰
      黑龍江水利科技 2010年1期
      關(guān)鍵詞:聲波測井控制面板槽孔

      李輝龍,卜云峰

      (中國水電基礎(chǔ)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(xiàng)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(xiàng)的控制和檢測,在保證機(jī)械設(shè)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(jìn)行監(jiān)控。

      已完工的江蘇潤揚(yáng)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(diào)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(jìn)行控制和檢測,對地下連續(xù)墻的施工起到了很好的指導(dǎo)作用,為確保地下連續(xù)墻施工質(zhì)量奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

      1 超聲波測井儀的構(gòu)造及檢測原理

      1.1 主要構(gòu)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(diào)整圖譜效果和設(shè)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(cè),且同步轉(zhuǎn)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(biāo)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(yīng)控制面板上的記錄紙打印各方向的測量結(jié)果,即圖譜;數(shù)據(jù)線接口為15針插孔,位于裝置側(cè)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(guān),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(hù)各部件。裝置側(cè)面安裝一套固定傳動比的齒輪,用鏈條相連,由限位器內(nèi)的馬達(dá)提供動力,以實(shí)現(xiàn)鋼絲絞輪和電纜較輪的同步運(yùn)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(cè)為電源控制部分,右側(cè)為測量參數(shù)設(shè)置部分,中間為測量記錄部分。共有9個旋鈕和4個開關(guān),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(jìn)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(yùn)至現(xiàn)場開始使用前,應(yīng)做空氣介質(zhì)校準(zhǔn)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(diào)整初始記錄校準(zhǔn)旋鈕(CALIBRATION),校準(zhǔn)圖譜間距與預(yù)設(shè)標(biāo)記線接近,調(diào)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(dǎo)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(dǎo)墻中心,調(diào)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(yùn)動。

      4)在控制面板上設(shè)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(biāo)記,檢查控制面板上所有開關(guān)均位于關(guān)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(guān)均置于關(guān)閉狀態(tài),除初始記錄校準(zhǔn)旋鈕、測量半徑(輻度)旋鈕和走紙速度旋鈕為預(yù)先設(shè)定外,其他可調(diào)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(guān),此時電壓表顯示工作電壓110 V,將傳感器動作開關(guān)(WINCH)拔至DOWN位,右旋傳感器運(yùn)動速度旋鈕(SPEED)至3檔,此時傳感器開始向下運(yùn)動。

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

      9)當(dāng)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(guān)拔至 OFF檔,傳感器動作開關(guān)(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(guān)(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(guān)(RECORDER POWER)拔至ON檔,傳感器動作開關(guān)(WINCH)拔至UP位,實(shí)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(jī)物形成的氣層對發(fā)射波的屏蔽作用,建議施工設(shè)備從孔內(nèi)提出后,靜置15min后再開始用超聲波測井儀進(jìn)行檢測。

      2.2 儀器保養(yǎng)維護(hù)

      1)傳感器提出孔口后,左旋傳感器運(yùn)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(guān),實(shí)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(cè)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(jié)束后,用濕布擦凈控制面板上的污垢和泥漿,保持各開關(guān)、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(jìn)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(yīng)放在指定的辦公室內(nèi),避免風(fēng)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(guān)均處于關(guān)閉狀態(tài)。

      6)超聲波測井儀屬精密儀器,應(yīng)輕拿輕放,搬運(yùn)時避免撞擊。

      3 數(shù)據(jù)分析及對施工的指導(dǎo)

      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(guān)數(shù)據(jù),包括測量孔深、設(shè)計(jì)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(jìn)行計(jì)算分析,從而得出被測孔壁的各深度偏差值及相應(yīng)垂直度(即孔斜率),用以判斷被測孔壁是否滿足設(shè)計(jì)要求,同時指導(dǎo)施工設(shè)備如何進(jìn)行糾偏。

      3.2 對施工的指導(dǎo)作用

      實(shí)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(jìn)行檢測,以判斷該槽孔各單孔的垂直度?,F(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(dǎo)作用。

      該工程地下連續(xù)墻呈圓周型,墻體外邊直徑130 m,設(shè)計(jì)墻厚120 cm,設(shè)計(jì)墻深57.5 m,設(shè)計(jì)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(shè)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(shè)備性能結(jié)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(hù)壁,成槽驗(yàn)收合格后采用液壓雙輪銑正循環(huán)清孔換漿。成槽驗(yàn)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(jìn)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?yàn)樵瓲畹貙樱瑱z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?yàn)楣ぷ咒摻宇^,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(diào)整二期鋼筋籠尺寸。

      槽孔施工過程中,按照施工細(xì)則要求對單孔進(jìn)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(jìn)行糾偏處理,終孔驗(yàn)收前進(jìn)行整孔檢測做為驗(yàn)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(shí)際10 cm(可以根據(jù)實(shí)際需要通過控制面板上的SHIFT旋鈕調(diào)整該比例),每條橫線間距代表實(shí)際5 m(可見左側(cè)孔深標(biāo)記)。

      從圖6可以看出,傳感器位于槽孔中心線上,距離設(shè)計(jì)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(nèi)偏斜,至35 m處偏斜30 cm,計(jì)算垂直度約為1/117,已經(jīng)超出設(shè)計(jì)要求,需對該槽孔進(jìn)行糾偏,槽壁圖譜顯示,該孔右側(cè)孔壁自孔深10m處向左側(cè)偏斜,至35 m處偏斜10 cm,計(jì)算垂直度約為1/350,超出設(shè)計(jì)要求,需糾偏。如圖6所示,液壓抓斗在導(dǎo)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(yīng)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(cè)孔端進(jìn)行強(qiáng)制糾偏。對于前后槽壁的糾偏,應(yīng)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(cè)孔壁進(jìn)行強(qiáng)制糾偏。當(dāng)孔深超過35 m以下發(fā)生偏斜時,由液壓雙輪銑進(jìn)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(dǎo)板長度有關(guān),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(shè)計(jì)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(shè)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(nèi)有近40 cm混凝土繞流,需使用沖擊鉆機(jī)對其進(jìn)行處理,處理時應(yīng)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(dǎo)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(cè)孔壁自孔深30 m至36 m處槽壁有近20 cm突起,而相對應(yīng)的右側(cè)槽壁比較平滑,加之該段為淤泥質(zhì)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(shè),需使用液壓銑對該段進(jìn)行處理,將銑頭放至30 m后,降低銑頭轉(zhuǎn)動和下放速度,緩慢銑削,直到36 m左右即可停止。

      4 經(jīng)驗(yàn)及建議

      1)超聲波測井儀是目前對孔壁檢測較為準(zhǔn)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(jì)算孔壁垂直度,需由檢測人員手工量取圖譜尺寸計(jì)算,難免會出現(xiàn)不同人員計(jì)算出不同的孔壁垂直度的現(xiàn)象,但完全可以作為指導(dǎo)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(yàn),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(diǎn),通過調(diào)整聲波強(qiáng)度可以減少砂點(diǎn),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(shí)踐,施工設(shè)備剛提出槽孔后,不適宜馬上進(jìn)行測量,因?yàn)榇藭r泥漿中會含有氣泡或地層中含有大量的有機(jī)物而形成氣層,導(dǎo)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(diǎn)狀或空白區(qū)使記錄模糊不清,通常可靜置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)

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