水泥土防渗墙无损检测方法研究.docx

水泥土防渗墙无损检测方法研究刘彭江 , 赵明杰 , 董温荣 , 吕跃(山东省水利勘测设计院 , 山东 济南250013 )关键词高密度电法 ; 瑞利波法 ; 水泥土防渗墙 ; 无损检测中图分类号 : tv698文献标识码 : b文章编号 : 1000 20860 ( 2007) 03 20079203搭接缝 )成为有利因素 。1 12 瑞利波法表面波探测技术是一种新兴的物探技术 。震源产 生的地震波 , 除了包括在地层中传播的体波外 , 还存 在沿地层界面传播的表面波 。表面波之一的瑞利波具 有的频散特性 , 也就是说瑞利波的传播速度和波长具有函数关系 , 实际应用中就根据这 种 特性 来开 展 工 作 。该方法可以精确确定测试点位置的地层分层情况 和波速 、所交异常体的顶底界面 , 野外操作简捷 , 抗 干扰能力较强 。本次研究工作采用瑞利波法 。现场工作时 , 将用于瑞利波数据采集的低频检波器按一定的道间距在防 渗墙上沿防渗墙延伸方向布设 , 然后按一定的偏移距 布设震源 。数据采集时 , 利用锤击震源在震源位置击 震 , 产生的面波信号被检波器组成的观测系统接受 , 然后通过地震大线传入主机 , 被采集仪接受记录 。在我们的研究工作中主要利用基于瑞利波频散效应所得 的频散曲线形态确定防渗墙中局部不均匀体的存在 、 防渗墙的埋设深度 。近几年 , 随着水库大坝 、河道堤防除险加固工程的实施 , 水泥土防渗墙得到广泛应用 。水泥土防渗墙 属于地下隐蔽工程 , 对于其深度不足 、裂缝 、开叉 、搅拌不均匀等质量问题 , 检测方法不同 , 检测效果也 各异 。为了取得较好的检测效果 , 结合工作实践 , 我们利用高密度电法和瑞利波法开展了地下水泥土防渗墙的无损检测研究 ,取得了良好的效果 。1检测方法1 11 高密度电法高密度电法是一种 新 兴的 阵列 电 探方 法 ,其 主要特点是采集迅速 、信息量大 , 特别是分 布式 高 密度电阻 率 法 采 集 仪 的 出 现 使 数 据 采 集 变 的 更 加 快 捷 、准确 、自如 。现场采集时 , 首先 将电 极按 一 定 的距离沿纵剖面布设 , 然后用智能电缆将电极 和 采 集仪相连 , 整个数据采集过程由采集仪来 控制 。现 场采集时 , 采集仪能按照操作者设定的采集装 置 形 式 、采集的深度 、供电大小等参数自动完 成数 据 采 集 , 数据采集结果按照采集位置的不同形成二 维 数 据剖面 。根据我们的实验和有关的研究发现 , 水泥土的电 阻率值和龄期存在正比关系 , 水泥土的电阻率值随龄 期的增大呈线性增大 , 水泥土防渗墙所具有的高阻特 征是经过一段时期后所形成的 。但在水泥土防渗墙形成的较短龄期内 , 水泥土的电阻率很低 , 和周围的介 质电性相比 , 甚至表现为低阻特征 , 在此阶段如果在 防渗墙上沿防渗墙延伸方向布线测量会有利于高密度 电阻率法的开展 。虽然高密度电阻率技术和常规电阻 率技术一样还存在着体积效应的影响 , 但是丰富的数 据信息大大提高了其分辨能力 , 同时体积效应的存在 对于反映电极间存在的防渗墙缺陷和垂向缺陷 (比如2 检测时机水泥土防渗墙形成后 , 随着龄期的不同 , 其物理 指标 、力学指标的差别很大 。从地球物理测试的角度 分析 , 不同龄期的水泥土防渗墙相对于周围介质表现 出不同的地球物理特性 。因此 , 在对水泥土防渗墙施 工质量无损检测时 , 测试时机的选择很重要 。根据有关的实验结 果 , 水 泥土 的 电阻 率随 龄 期 的增加呈线性增加 。较长龄期后的水泥土电阻 率 和收稿日期 : 2006 211 216作者简介 : 刘彭江 ( 1966 ) , 男 , 高级工程师 。w ater r esou rces and h ydropower engineering v ol138 n o1379刘彭江 ,等 水泥土防渗墙无损检测方法研究初期的电阻率相 差 3 5 倍 。根 据 不 同 电 性 特 征 防渗墙对静电场分布的影响能力和高密度电法探测的 基本原理 , 利用高密度电法对防渗墙探测 时 , 应 选 在成墙后的较短龄期内 。不同的成墙条件 、水 泥 掺 入比形成防渗墙的电阻率随龄期的变化幅度可能不 同 , 高密度电阻率测试的时机也有所不同 , 一 般 要控制在 10 d内 。 随着不同龄期水泥土防渗墙物性状态的改变 , 其力学性质和波速也会发生变化 。根据实验结果 , 通常 情况下水泥土的力学指标和波速会随龄期的增加而增 加 。这种力学性质的变化结果 , 使水泥土防渗墙的刚性变大 , 有利于瑞利波法的开展 。因此 , 利用瑞利波图 1 高密度实测剖面在 910 m 深度左右 , 频散曲线明显离散 , 且波速急剧下降 , 分析认为该处墙体深度在 910 m 左右 , 且 未嵌入基岩 。根据施工资 料 , 该 处搅 拌桩 在 9 m 左右就停止施工 , 在其旁侧高喷补底 , 与检 测结 果 相吻合 。图 2 ( b)为某截渗工程 k6 + 846 水泥土防渗墙实 测瑞雷面波频散曲线图 , 瑞利面波频散曲线在 12 m左右出现“之 ”型拐点 , 且其下曲线较好 , 分析认为 该处墙体在 12 m 左右 , 且与基岩接触良好 。根据施 工资料 , 该处墙体深度在 12 m 左右 , 与检测结果相 吻合 。法进行水泥土防渗墙检测应在较长龄期后进行 ,为 30 d后 。一般3 对水泥土防渗墙的检测3 11 对防渗墙埋设深度的检测3 1111 高密度电法对防渗墙深度的反映 为了确定能够反映防渗墙埋设深度的最优电测装置 , 我们利用不同装置对不同埋深的防渗墙模型进行 了正演模拟 。模拟计算按 60 极 、 1 m 电极间距 、16 m测试深度进行 。通过正 演 模 拟 可 以 看 到 不同装置对 不同深度防渗墙的反映能力不同 。相对而言 , d p - p 装置和 schlumb eger 装置对防渗墙的反映能力较 强 。从不同装置所得的视电阻率剖面来看 , 不 同 装 置对防渗墙深度的绝对反映能力不够强 , 如果 利 用视电阻率剖面来反映防渗墙的绝对深度需要利用其 他资料来标定 。但剖面图对不同埋深防渗墙的 底 界 面变化反映较明显 , 从剖面图上可以判定埋深 的 相 对变化 。图 1为某截渗工程 k3 + 490 k3 + 520 段水泥土防渗墙的高密度实测剖面 。底部出现低阻异常 , 分析 认为墙体下部质量较差 , 墙体施工深度未达到设计深 度 。在 k3 + 511布置钻孔 , 取样结果显示深度 1010 1310 m 为 灰 黑 色 粉 细 砂 , 含 少 量 粘 性 土 , 未 胶 结 ,松散状 , 与高密度电法实测剖面分析结果相吻合 。3 1112 瑞利波法对防渗墙深度的反映 如果水泥土防渗墙体的波速和墙体嵌入介质存在波速差异 , 根据瑞利波的频散性质 , 利用在墙体表面 击震和采集所得的瑞利波信号进行处理所得的频散曲 线在墙体和其嵌入地层的交界位置便会出现“之 ”字拐点 。图 2 实测瑞利波频散曲线3 12 对防渗墙墙体均匀性的检测3 1211 高密度电法对防渗墙均匀性的反映 为了确定能够反映 防 渗墙 均匀 性 的最 优电 测 装置 , 我们利用不同装置对不均匀防渗墙的模型进行了 正演模拟 。模拟计算按 60 极 、 1 m 电极间距 、 16 m测试深度进行 , 通过正演模拟可以看到在所有模拟装 置中 , d p - p装置的反映能力最强 , 利用其显示图像 可以反映出异常区的分布位置 , 但异常区的范围大于 设计不均匀区 。图 3 为某截渗 工 程 k1 + 147 k1 + 187 段 水 泥土防渗墙的高密度电法实测剖面 , 防渗墙的设 计 深 度 14 m 左右 。 k1 + 14815 左右高密度电法剖面图显图 2 ( a)为某 截 渗 工 程实测瑞雷面波频散曲线图 ,k5 + 760 水 泥 土 防 渗 墙瑞雷面波频散曲线 显 示80水利水电技术 第 3 8 卷 2 0 0 7 年第 3 期刘彭江 ,等 水泥土防渗墙无损检测方法研究示 6 m 以下视电阻率相对较低 , 分 析 认 为 墙 体 6 m以下搅拌不均 , 墙体施工没有达到设计深 度 。根 据 检测结果 , 在 k1 + 14815 布置钻孔 , 取样结果 : 深 度 610 1113 m 为 灰 黄 色 水 泥 土 , 搅 拌 不 均 匀 ;1113 1218 m 为灰黑色淤泥夹粉细砂 , 所夹粉细砂 呈松散状 , 底部 013 m 为黑色淤泥含砾石 , 与检测结果相吻合 。图 4 瑞利面波频散曲线桩区的分布位置 , 但异常区的分布范围大于实际异常体的分布范围 。如图 3 ( b) 所示 , 在 k5 + 171 k5 + 176 段出现 竖向相对低阻 , 分析认为该处存在墙体不连续 。根据 检测结果 , 我 们 在桩 号 k5 + 17115 布置钻孔 , 孔深617 m , 钻进深度至 418 m 时孔内出现漏水现象 ; 418617 m 为浅棕褐色粘性土 , 未见水泥迹象 , 具塑性 ,表明 418 m 以下未见水泥土防渗墙 , 墙体不连续 , 与 检测结果相吻合 。图 3 高密度电法实测剖面3 1212 瑞利波法对防渗墙不均匀区的反映如果水泥土防渗墙体中的不均匀区波速和墙体介 质存在波速差异 , 根据瑞利波的频散性质 , 利用在墙体表面击震和采集所得的表面波信号进行处理所得的 频散曲线在墙体不均匀位置会出现“之 ”字拐点或频 散点密度发生变化 。图 4 为某截渗工程 k3 + 931 防渗墙实测瑞利面 波频散曲线 , 瑞 利 面 波 频 散 曲 线 在 8 m 左 右 出 现“之 ”字 形 拐 点 , 波 速 下 降 , 1014 m 以 下 出 现 明 显 离散 , 波速急剧下降 , 分析认 为 该处 墙体 8 m 以 下 水泥土搅拌不均 , 1014 m 以下墙体质量较差 。为检 验检测资 料 的 准 确 性 , 我 们 在 k3 + 931 布 置 钻 孔 , 取样 结 果 为 615 1115 m 灰 黄 色 水 泥 土 , 搅 拌 不均 , 强度略低 ; 1115 1310 m 为灰黑色淤泥质水泥4 结论( 1 )从方法原理来讲 , 利用高密度电法 、瑞利波法可以实 现 对 水 泥 土 防 渗 墙 施 工 质 量 的 无 损 检 测 。 ( 2 )利用高密度电法和瑞利波法检测时 , 时机的选择 很重要 。一般高密度电法需要在较短龄期内进行 , 瑞 利波法需要在较长龄期后实施 。 ( 3 )利用高密度电法 检测时 , 不同电测装置对防渗墙缺 陷 的反 映形 态 不同 , 各种装置对缺陷位置的反映较准确 , 对缺陷分布 范围的反映有夸大现象 , d p - p装置是最优装置 。采 集电极间距一般应为 1 2 m , 采集深度要大于墙体 埋设深度 23 m。 ( 4 )利用瑞利波法检测时 , 观测系 统和震源的设置很重要 。通常要加大偏移距以减少干扰信号的影响 , 减小道间距以提高数据精度 。利用面 波频散曲线的频散现象和“之 ”字形拐点可以确定防 渗墙的缺陷位置和深度 。土 , 具臭味 , 水泥 含量 少 , 具 塑 性 ,吻合 。3 1