截渗墙物性特点及无损检测技术要点分析.doc

截渗墙物性特点及无损检测技术要点分析 第 9 页 共 8页截渗墙物性特点及无损检测技术要点分析截渗墙质量检测方法研究系列报道之一 徐长顺 （安徽省水利水电勘测设计院， 安徽蚌埠 233000）摘 要 本文简要介绍了截渗墙的物性特点，对截渗墙质量无损检测两大类方法即：电法类和弹性波类进行了分析、对比，通过方案比较选择电法类方法，根据截渗墙的物性特点，对该方法野外数据采集上进行改进、刷新，最大限度的增大截渗墙体的信息含量，对采集数据进行一次性微分处理变换成电反射系数K，能有效的放大截渗墙缺陷异常；并对电位测深方法进行了介绍。关键词 截渗墙物性特点 电法类法 弹性波类法 同侧排列K剖面法 电位测深法 要点分析1前 言在河道堤防及病险水库大坝除险加固工程中，防渗加固是关系到工程安全的重要措施，截渗墙是用于工程截渗的重要手段。目前，截渗墙的种类较多，但在水利水电工程中应用较多的是：高喷截渗墙、多头小直径搅拌水泥土截渗墙、混凝土截渗墙及垂直铺塑截渗墙，它们起着防止或隔离地下水、抗滑等特殊作用，在工程建设中应用较广；由于截渗墙属于地下隐蔽工程，其施工受各种各样客观和主观因素的制约，难免存在不同程度的质量问题，因此截渗墙的施工质量检测就显得特别重要；检测内容主要是：截渗墙的连续性、截渗墙的有效深度、截渗墙的渗透系数及墙体强度等。据有关最新资料介绍，目前截渗墙的质量无损检测仍存在一定的难度，国内外尚无成熟的检测方法，对截渗墙的质量检测主要是采用开挖检测、钻孔取芯检测和围井注水检测等；但是这些方法都带有很大的局限性，不能客观、全面的反应截渗墙的整体工程质量，为此，开发新的无损检测方法是当前工程质量检测人员的当务之急。2 截渗墙的物性特点截渗墙的物性特点是截渗墙的功能与施工工艺决定的，研究它的物性特点是为了寻求、探讨一个行之有效的无损检测技术方案，然后再进一步深入研究、试验，避免在开发新技术上的盲目性造成不必要的经济损失，截渗墙物性一般具备以下两大特点。2.1 截渗墙是一个直立的（与地面交角为900）、薄板状（一般厚度2040）、向两方为无限延伸（相对深度而言）的连续墙体，除垂直铺塑截渗墙外，其它截渗墙均掺入一定量的水泥。2.2 截渗墙一般在第四系地层中施工，目的是起到防渗作用，其水泥的掺入量较少（多头小直径搅拌桩水泥土截渗墙水泥掺入比一般1015%），因此，截渗墙墙体的电阻率、弹性波速相对围岩为高电阻率和高波速，但是与围岩的电性差异均较小。 探讨截渗墙的无损检测技术方案，应紧密围绕截渗墙两大物性特点，研究现有各种方法的理论应用前提、应用条件、检测效果等，保证研究工作的顺利进行。3常规无损检测技术要点分析截渗墙无损检测的成败与否，与以下两大因素密切相关：墙体与围岩之间要有一定的物性差异，一般情况下物性差异越大，检测效果越好，否则，效果就差，甚至无效果；在一定的检测深度范围内墙体体积要占有一定的比例，一般情况下墙体体积占有率越大，其效果越好。电法类和弹性波类检测方法是目前常用的两大方法，根据截渗墙的物性特点作如下分析。3.1常规电法类检测技术要点分析众所周知常规电法类检测具有体积效应，作者根据多年的工作经验推导出在有效检测范围内墙体体积占有率计算公式（推导过程略）： tV（%）0.749 100% hV墙体占有率 t墙体平均厚度 h检测有效范围深度从以上推导公式可看出，墙体占有率与墙体的厚度成正比，与有效检测深度h成反比，其墙体厚度是一个不变的数值，因此墙体占有率是一个动态变化的数值，随着检测有效深度的增大，墙体占有率也随之变小，作者以墙体厚度0.2m为例进行统计计算，结果见表一。表一 常规电法类检测墙体占有率统计表检测有效深度h(m)墙体平均厚度t(m)墙体占有率(%)备 注50.23.0100.21.5150.21.0200.20.7250.20.6300.20.5 从表一可明显的看出,检测有效深度为5m时,其墙体占有率仅3.0%,随着检测有效深度的增加墙体占有率逐渐变小, 检测有效深度为30m时,其墙体占有率仅0.5%,因此, 常规电法类检测到的电阻率信息应是第四系地层电阻率信息起主导作用，截渗墙墙体所引起的微弱信息完全被覆盖,对于一定深度内截渗墙的缺陷引起的异常更是无能为力，因此，常规类电法在截渗墙质量检测中既不能解决截渗墙的连续性，也不能解决墙体的施工深度，不能用于截渗墙质量检测。3.2、弹性波类检测技术要点分析由于岩土层的弹性性质不同，弹性波在其中传播速度也有差异，弹性波类正是利用这种差异来解决有关地质及截渗墙质量问题；该方法在检测过程中，无论采用什么震源或采用什么方式激发，弹性波（纵波VP）在墙体和围岩中同时传播，由于墙体的弹性波速度与围岩的弹性波速度差异较小，墙体较薄，加之旁侧影响干扰，完全掩盖了微弱的墙体信号，因此，所接收到的信号应是第四系某一个地层界面的反应；声波对穿法和弹性波CT法虽然检测精度较高，但是必须借助钻孔测试，检测范围小，造价高，不能满足全面检测和随机抽样检测的要求，而且有些截渗墙因墙体较薄无法施工钻孔（如高压定喷和高压摆喷截渗墙）；同样，常规的弹性波方法在截渗墙质量无损检测中既不能解决截渗墙的连续性，也不能解决墙体的施工深度，不能用于截渗墙质量检测。从以上截渗墙常规无损检测技术要点分析表明，常规的检测方法不能直接运用于截渗墙质量检测，要取得好的检测效果就必须根据截渗墙的物性特点，对有可能运用于截渗墙质量检测的方法进行改进、创新，使之适应截渗墙物性特点的检测要求。4 同侧排列电反射系数K剖面法、电位测深法检测技术要点分析近几年来根据截渗墙的物性特点和电法检测、弹性波检测方法的局限性，结合截渗墙的工程特点及检测要求研究表明，截渗墙的物性特点是无法改变的客观事实，要取得有效的检测效果，就必须在测试方法上进行改进、创新。因此，对有可能用于截渗墙质量检测的方法，从理论应用前提、应用条件、方法的有效性及局限性、检测效果等进行排队、对比、分析、研究，从中筛选出有利的方法，再进一步从技术上深入研究、改进、创新，使之能够满足截渗墙质量检测的要求，图1是截渗墙质量无损检测方案对比图。 从图1可以看出，其中同侧排列电反射系数K剖面法、电位测深法应用于截渗墙质量检测最为有利，下面特对这两种检测技术要点进行分析。4.1同侧排列电反射系数K剖面法为了更好的理解同侧排列电反射系数K剖面法，首先要来了解电法类供电时电流在地下运行的特点及遵循的规律，根据场论得知应遵循以下规律：在电源的作用下为同性电荷有规律的运移并充满整个半无穷空间，电流有趋肤效应，电流宜走直径、低阻，电流因为同性电荷相互排斥。根据以上电流在地下运行的特点及遵循的规律，在野外数据采集上和室内数据处理上进行如下改进：在实际检测过程中，将截渗墙的物性作为相对稳定的、有固定规格均匀的旁侧影响体（即高电阻率的屏蔽层），因此，选择将测线布置在截渗墙同一侧（即供电和测量电极在截渗墙同一侧）0.51.0m处，目的是使截渗墙对电流线的反射达到最大值，增大截渗墙墙体信息含量，一旦截渗墙在某个部位存在缺陷，在其相应的部位地面就会改变电流线的分布密度，导致电阻率s值改变（变小），有效的减少了电法勘探的体积效应影响；室内对采集的数据进行一次微分演算变换成电反射系数K值，目的是对S曲线微弱的异常进行放大，便于对异常规模的确认，有效的解决了墙体的电性与围岩电性差异较小的局限性；绘制电反射系数K剖面图，把各测点的可能存在的异常能比较系统的展示在K剖面图上（即所称的K剖面法），在K剖面图上根据截渗墙的施工规模范围，研究电反射系数K等值线的形态、变化规律，能够整体上分析、判断截渗墙的施工质量及其缺陷问题。以上分析可清楚的看出，同侧排列电反射系数K剖面法在评价截渗墙的施工质量（连续性）上是行之有效的，应在检测试验中不断总结、充实、完善。4.2 电位测深法截渗墙主要应用在江河堤防和水库大坝上，目的是对堤防和大坝进行防渗加固处理，而施工截渗墙的堤防地形往往是一侧临水，另一侧多为广布的取土坑、水塘或河床。而截渗墙有效深度的检测存在两个问题，一是检测时要求布线方向基本与截渗墙垂直，一般场地很难展开，二是截渗墙墙体较薄且与围岩的电性差异较小；为了满足检测要求，对现有常规的检测方法进行如下改进：受电位测井方法的启发，将四极对称电测深法改变成两极电位测深法，检测同样的深度可大大减少了布线长度，以解决检测场地狭小问题；为了取得良好的检测效果，将截渗墙作为高电阻率层来考虑，检测时将供电电极AB（B）和测量电极MN（N）分别布置在截渗墙两侧，且使截渗墙位于AM的中心位置，由于测量电极M和供电电极A距离较近，随着AM极距的不断增大，截渗墙电性由浅到深部的改变引起地面电场的变化，就会被M极接收到，根据电位电极系这一原理，随着AM极距逐渐增大，就可检测出测点垂直方向上不同深度的电阻率值及其变化规律，一旦检测深度超越截渗墙的底板深度，其电阻率值会产生较明显的奇变（s曲线拐点）而逐渐接近截渗墙底板围岩电阻率，从而可以分析判断截渗墙的有效施工深度。该方法采用两极测深，对截渗墙底板反应灵敏度高，所产生的异常明显直观，有利于截渗墙有效深度的解释推断，解决了截渗墙电性与围岩电性差异较小及体积效应问题。以上分析可清楚的看出，电位测深法在检测截渗墙的有效施工深度上是可行的，在实际操作时，要根据检测场地地形的实际情况，可适当调整布线与截渗墙的角度。5 结束语从截渗墙物性特点及无损检测技术要点分析表明，同侧排列电反射系数K剖面技术、电位测深技术应用于截渗墙质量无损检测，从理论上论证是可行的，通过近几十个检测工程试验，均取得了良好的效果，在开发截渗墙质量无损检测技术上取得了成效。在无损检测的基础上布置少量取芯钻孔或开挖竖井试验，可以快速的检测截渗墙的连续性、墙体的有效深度、墙体渗透系数及墙体抗压强度，对截渗墙的整体质量给出较为客观、科学的评价。因此，同侧排列电反射系数K剖面技术、电位测深技术为截渗墙无损检测指明了方向，应列为下一步研究开发的课题，从基本理论、应用前提、有效性、局限性等进行更深入的研究，不断完善截渗墙无损检测的理论基础。今后要根据工程检测实例不断进行总结、完善，使之成为截渗墙质量无损检测行之有效的方法。计划陆续把截渗墙连续性无损检测方法研究、截渗墙有效深度无损检测方法研究、截渗墙施工质量综合评价方法等论文进行总结与完善，将发表在有关技术刊物上，尽快使这项新技术日臻完善，发挥它在工程质量检测中的重要作用。参考文献1电反射系数勘探方法长江水利委员会勘察技术研究