應(yīng)用地震層析法評(píng)估連續(xù)墻的施工質(zhì)量

目前地鐵施工中廣泛應(yīng)用連續(xù)墻技術(shù)，它是一種先進(jìn)的、多用途的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案。對(duì)于在明挖基坑中修建地下車站來說，連續(xù)墻既是承載結(jié)構(gòu)又是防滲漏的結(jié)構(gòu)。連續(xù)墻方法的實(shí)質(zhì)是：借助黏土泥漿的保護(hù)，在溝槽內(nèi)建立垂直的連續(xù)墻，包括用挖土機(jī)挖出溝槽、下放綁扎好的鋼筋籠和向溝槽內(nèi)灌注混凝土（圖?1）。

采用連續(xù)墻方法實(shí)際上可以建造任意深度的基礎(chǔ)和地下結(jié)構(gòu)。通常結(jié)構(gòu)的深度僅受挖土機(jī)作業(yè)可能性的限制。這一方法可以在各種地質(zhì)和水文地質(zhì)條件下，在沒條件采用咬合樁和其他護(hù)壁結(jié)構(gòu)的條件下，以及在不能采用降水法和凍結(jié)法的條件下使用。此外，當(dāng)?shù)叵滤缓芨?、結(jié)構(gòu)深埋于強(qiáng)度大和不透水的地層中，以及地下結(jié)構(gòu)深埋、施工場(chǎng)地狹窄的情況下，連續(xù)墻法也能得到有效利用。

當(dāng)人們列舉連續(xù)墻法的廣泛用途及其各種優(yōu)點(diǎn)之際，不得不坦率地指出，這一方法存在一個(gè)不可忽視的缺點(diǎn)，即灌注連續(xù)墻的混凝土無(wú)一例外是按“盲式”進(jìn)行的。因此有可能產(chǎn)生墻體的個(gè)別部位被含有土壤夾雜物的混凝土占位的不良情況。這種情況的發(fā)生，可能是由于溝槽側(cè)壁土壤在灌注混凝土?xí)r發(fā)生局部破壞；此外，混凝土在凝固前受含水地層的“潛蝕”作用導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的降低（圖?2）。

修建連續(xù)墻的這些不利因素，問題嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致基坑開挖時(shí)墻體突然失穩(wěn)；問題不太嚴(yán)重時(shí)，可能導(dǎo)致墻體的局部破壞，由此產(chǎn)生地下水滲漏，影響工程質(zhì)量和施工安全。

因此在開挖基坑之前，預(yù)先調(diào)查連續(xù)墻的施工質(zhì)量，評(píng)估其連續(xù)性，確定薄弱區(qū)的位置和混凝土強(qiáng)度降低的區(qū)域，以便在基坑全面開挖之前采取補(bǔ)救措施，加固墻體結(jié)構(gòu)，治理滲漏部位。

目前檢查建筑物的施工質(zhì)量廣泛應(yīng)用地球物理方法和非破損檢查診斷法，例如“內(nèi)窺法”，利用地震聲波、超聲波、電磁波、X?光射線、熱射線等，觀察物體內(nèi)部。內(nèi)窺法可分為陰影法和定位法：陰影法是采用地震聲波和（或）其他波或射線，透視被研究物體；定位法是利用地震聲波和（或）其他波在被研究物體內(nèi)傳播時(shí)對(duì)內(nèi)部邊界和非同性體的反射。

圖?1?連續(xù)墻的施工（單位：mm）

圖?2?墻體個(gè)別部位被質(zhì)量不佳的夾土混凝土占位

檢查連續(xù)墻施工質(zhì)量最有效的方法是，研究地震聲波在鉆孔之間連續(xù)墻中的傳播。具體地說，在二維地震層析圖中研究彈性波傳播的動(dòng)力參數(shù)與混凝土強(qiáng)度特性的關(guān)系。這種方法簡(jiǎn)稱為“鉆孔間地震層析法”。

鉆孔間地震層析法是在?1?個(gè)鉆孔中激發(fā)彈性振動(dòng)，而在另?1?個(gè)鉆孔中接收振動(dòng)。為此，在綁扎鋼筋籠時(shí)要仔細(xì)地把其中填滿充填物的金屬導(dǎo)管（或塑料導(dǎo)管）綁扎在鋼筋籠上，與鋼筋籠一起下放到溝槽內(nèi)，當(dāng)混凝土灌注完成后，取出導(dǎo)管中的充填物，起到鉆孔的作用。為了獲得便于詮釋的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，鉆孔間的距離應(yīng)取?5～15??m。測(cè)試工作完成后，鉆孔用混凝土灌滿。

在鉆孔間地震層析法的研究實(shí)踐中，根據(jù)具體任務(wù)和條件采用不同的觀測(cè)系統(tǒng)。照例，為了解決提出的任務(wù)，采用扇形觀測(cè)系統(tǒng)，保證了研究工作中的必要細(xì)節(jié)。扇形觀測(cè)系統(tǒng)中鉆孔之間聲的傳播是按?2?個(gè)相對(duì)方向?qū)崿F(xiàn)的（圖?3）。

鉆孔研究數(shù)據(jù)的處理和解釋分成?2?個(gè)基本階段：①通過對(duì)地震層析圖的處理，建立層析速度與密度的剖面；②分析連續(xù)墻的連續(xù)性，評(píng)價(jià)混凝土的強(qiáng)度。

記錄地震的地震圖是處理數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。這些記錄是從離散的激振源位置上取得的（圖?4）。

根據(jù)處理的結(jié)果建立了大量依次排列的層析圖數(shù)據(jù)，它表示入射的縱波彈性振動(dòng)在激振點(diǎn)與接收點(diǎn)之間的物體上走行全部時(shí)間的總和，也考慮了與每個(gè)激振點(diǎn)、接收點(diǎn)位置相應(yīng)的空間坐標(biāo)。

鉆孔間墻體地震調(diào)查的層析圖數(shù)據(jù)處理結(jié)果最終歸結(jié)為，得到了描述入射縱波在被研究物體中速度分布特點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)剖面（圖?5、圖?6）。

基于縱波速度與受壓強(qiáng)度極限值之間的相互關(guān)系，根據(jù)速度分布數(shù)據(jù)確定強(qiáng)度。在理想的彈性小變形作用范圍內(nèi)，被研究材料的縱波速度是不變的（與頻率無(wú)關(guān)）。這一特性可以用來解釋縱波速度Vp（頻率從?1??Hz到?2～5??kHz）地震量測(cè)結(jié)果，這是在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用超聲波（頻率在幾十到幾百千赫茲）對(duì)試樣測(cè)定的結(jié)果?；诔暡ㄋ俣群突炷翉?qiáng)度之間的相互關(guān)系公式，可以根據(jù)鉆孔之間地震聲波傳播的數(shù)據(jù)，確定地震波速度，評(píng)估連續(xù)墻混凝土的強(qiáng)度。

圖?3?應(yīng)用地震層析法研究連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的連續(xù)性（單位：m）

圖?4? 展示鉆孔?6B?在深度?8～30??m?范圍內(nèi)的入射波與反射波的地震圖（震源在鉆孔?7B?中，其深度距離連續(xù)墻上端?0.3?m）

圖?5?地震層析剖面：異常的低速度與基坑開挖后的目測(cè)研究資料的對(duì)照實(shí)例?1

抗壓強(qiáng)度是衡量混凝土質(zhì)量的主要指標(biāo)，據(jù)此確定混凝土的實(shí)際等級(jí)，進(jìn)行與此相符的設(shè)計(jì)。

在測(cè)得抗壓強(qiáng)度極限分布的層析剖面圖的基礎(chǔ)上，初步查明了強(qiáng)度特性降低的部位，定量地評(píng)估強(qiáng)度參數(shù)降低的水平。

在上述實(shí)例中，展示了混凝土強(qiáng)度參數(shù)分布剖面（圖?7），它是根據(jù)地震層析剖面圖的數(shù)據(jù)計(jì)算出來的。

在鉆孔?2A、3A、4A?之間的剖面圖上，圈出?2?個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)降低的部位（用符號(hào)圈出），被圈出的部位混凝土強(qiáng)度在?17～20??MPa?之間，在鉆孔?6、7?之間的剖面圖上，圈出?2?個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)降低的部位（用符號(hào)圈出），被圈出的部位混凝土的強(qiáng)度在?16～20??MPa?之間。在這種情況下，無(wú)論是在鉆孔?2A、3A、4A?之間，還是在鉆孔6、7?之間，墻體強(qiáng)度估計(jì)平均不低于?25??MPa。因此，由這些資料可以看出，所揭示的速度異常區(qū)的面積尺寸和局部特性，強(qiáng)度降低的梯度大小，都不致于影響到連續(xù)墻的整體結(jié)構(gòu)能力，但是它們的存在要求在開挖基坑時(shí)引起注意，并做好對(duì)這些部位加固的準(zhǔn)備。

到目前為止，應(yīng)用地震層析法檢查了圣彼得堡地鐵若干車站的連續(xù)墻結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)?1??750??m。檢查結(jié)果表明，總的來說，已經(jīng)高質(zhì)量地完成了所有連續(xù)墻的施工，同時(shí)也揭示了個(gè)別面積不大（1～2??m2）、性質(zhì)不太嚴(yán)重的質(zhì)量問題。連續(xù)墻局部速度異常區(qū)，表現(xiàn)為墻體局部被含有土壤夾雜物的混凝土占位；混凝土強(qiáng)度降低區(qū)可能是由含水地層的“潛蝕”作用所引起。速度異常區(qū)的存在，大多數(shù)為基坑開挖后的目測(cè)所證實(shí)，以后必要時(shí)應(yīng)對(duì)施工質(zhì)量欠佳的部位采取結(jié)構(gòu)加固和防滲漏的補(bǔ)救措施。

圖?6?地震層析剖面：異常的低速度與基坑開挖后的目測(cè)研究資料的對(duì)照實(shí)例?2

圖?7?鉆孔2A、3A、4A之間和鉆孔6、7之間的連續(xù)墻層析剖面實(shí)例