用Cscan技术检测LNG储罐基坑混凝土密实性

Cscan混凝土检测设备

采用北京同度工程物探技术公司开发的混凝土通用检测仪，以及专用的检波器拖缆，如图1所示。

图1 （1）混凝土通用检测仪

（1）

（2）检波器拖缆

Cscan观测方案

数据的采集方式服从与处理技术。Cscan法的数据采集方案主要是基于散射波的特点与数据处理技术的要求，与反射方法截然不同。传统的地震反射的数据采集是基于多次叠加的需要，布置大间距、长排列，多次覆盖的观测方案。通过多次覆盖消除局部异常，突出平缓趋势界面。而Cscan法是要突出混凝土内部的局部异常，每个数据重点解决近激发点下的结构特征。检波器间距和炮间距关乎到结果的横向分辨率，工作频率关乎到纵向分辨率，因此需要采取小间距、短排列、高频率的采集方式。

通常使用32道检波器拖缆，间距25cm进行接收，50cm偏移距激发，震源检波器同步滚动，每次滚动步长50cm，如图3所示。使用检波器拖缆接收信号，是由于在单个数据中道数越多越容易进行同相轴追踪，进而易于方向滤波；也是为了保证排列长度大于四分之一波长，防止出现假频。虽然使用检波器拖缆效率比独立检波器高，但是需要采用隔声材料（如隔音棉等）包裹以减少干扰波的影响。

图2 CScan单测线采集方式示意图

Cscan检测结果的工程解释要点

Cscan技术得到的结果是空间域的偏移图像与波速图像。偏移图像是对混凝土构件内部不均匀性界面的弹性波阻抗差异大小的成像。偏移图像的工程解释遵循如下原则：

1.偏移图像内的红蓝条纹表示混凝土内存在波阻抗差异界面。条纹数量少，表示结构均匀，条纹多表示结构均匀性差。条纹的位置就是混凝土内界面的位置，条纹颜色越重，表示波阻抗差异越大；

2.红色条纹表示正反射，表示界面下部介质比上部介质的波阻抗高，波速增大，密实增强，弹性模量增高，刚性增强；

3.蓝色条纹表示负反射，对应界面下部介质比上部介质的波阻抗低，波速变低，密实性变差，弹性模量降低，刚性变弱；

4.蓝红条纹的组合，表示条纹部位混凝土不均匀、欠密实。

波速图像主要反应介质的物理力学性状，波速高的混凝土坚硬，承载力大；波速低的混凝土松软，承载力差。判断是否存在空洞、不密实、裂缝带的主要依据是低波速异常。混凝土纵波波速与混凝土的标号有正相关的关系，具体对应关系在《混凝土结构无损检测与故障处理及修复加固技术手册》的混凝土强度及力学指标与实验资料表格中有记录。探测结果的工程解释中，以偏移图像为主，以波速图像为辅。一般情况下两者是一致的，可以互相验证。根据上述原则，对声波散射探测结果进行工程解释，对混凝土结构的质量做出评价。

现场应用及验证

对某液化天然气应急调峰站项目接收站工程下沉式LNG储罐基坑进行混凝土密实性检测。该大体积混凝土构件为圆柱体，直径100m，高度3.8~4.3m，其结构如图2所示。检测过程中外圈有结构物正在施工，无法检测最大直径的位置，现场采集布置如图3所示。

图3 基坑结构示意图

图4 试验测线NS布设示意

图4所示的偏移图像中，横坐标为水平坐标，纵坐标为深度坐标，表示从储罐基坑混凝土上表面（0m）向下距离。检测结果显示：

1.在横坐标范围0-7m与89-96m，深度3.8m附近和横坐标范围7-89m，深度4.3m附近的黄色条纹，是基坑混凝土结构的底部界面。

2.混凝土底界面清楚，中部厚4.3m左右，两侧减薄，厚度与设计基本一致。

3.横坐标范围0-28m，深度2.5-4m范围内存在断断续续的红、蓝条纹，表示混凝不均匀，存在结构差异较大的界面，不密实。推断或因骨料粒度过大、或因振捣不足所致。已在图中用红色虚线框圈定了其位置。

图5所示的速度剖面图像中，横坐标为水平坐标，纵坐标为深度坐标。图像的色标表示混凝土内部的波速分布情况。红色表示高波速，混凝土坚硬，蓝色表示低波速，混凝土松软。检测结果显示：

1.剖面内混凝土波速分布在1900-3700m/s范围内，均匀性较差；现场分几个位置进行浇筑，浇筑的位置波速高，上下均匀，浇筑位置之间波速较低1900m/s，以深蓝色表示。

2.测线坐标45-55m的中心范围内，从上到下混凝土波速偏高，达到2800-3700m/s；

3.对应偏移图像中反应出有问题的里程0-28m，波速差异大。速度剖面内混凝土波速分布在1900-3700m/s范围内，表示混凝土欠均匀，离散度较大。

为验证检测结果，在测线坐标3m处钻取芯样，芯样长度为2.9m。该芯样整体质量较好，但芯样在距表面2.53m处断为两截，且在2.53-2.9m深度范围内存在小气孔和垂直状裂缝，与Cscan的检测结果基本一致，如图7所示。

图5 测线NS偏移图像

图6 测线NS速度剖面图像

图7 测线取芯芯样（2.5-2.9m处）