水泥土防滲墻無損檢測方法研究.docx

水泥土防滲墻無損檢測方法研究劉彭江 , 趙明杰 , 董溫榮 , 呂躍(山東省水利勘測設(shè)計院 , 山東 濟(jì)南250013 )關(guān)鍵詞高密度電法 ; 瑞利波法 ; 水泥土防滲墻 ; 無損檢測中圖分類號 : tv698文獻(xiàn)標(biāo)識碼 : b文章編號 : 1000 20860 ( 2007) 03 20079203搭接縫 )成為有利因素 。1 12 瑞利波法表面波探測技術(shù)是一種新興的物探技術(shù) 。震源產(chǎn) 生的地震波 , 除了包括在地層中傳播的體波外 , 還存 在沿地層界面?zhèn)鞑サ谋砻娌?。表面波之一的瑞利波具 有的頻散特性 , 也就是說瑞利波的傳播速度和波長具有函數(shù)關(guān)系 , 實際應(yīng)用中就根據(jù)這 種 特性 來開 展 工 作 。該方法可以精確確定測試點位置的地層分層情況 和波速 、所交異常體的頂?shù)捉缑?, 野外操作簡捷 , 抗 干擾能力較強(qiáng) 。本次研究工作采用瑞利波法 ?，F(xiàn)場工作時 , 將用于瑞利波數(shù)據(jù)采集的低頻檢波器按一定的道間距在防 滲墻上沿防滲墻延伸方向布設(shè) , 然后按一定的偏移距 布設(shè)震源 。數(shù)據(jù)采集時 , 利用錘擊震源在震源位置擊 震 , 產(chǎn)生的面波信號被檢波器組成的觀測系統(tǒng)接受 , 然后通過地震大線傳入主機(jī) , 被采集儀接受記錄 。在我們的研究工作中主要利用基于瑞利波頻散效應(yīng)所得 的頻散曲線形態(tài)確定防滲墻中局部不均勻體的存在 、 防滲墻的埋設(shè)深度 。近幾年 , 隨著水庫大壩 、河道堤防除險加固工程的實施 , 水泥土防滲墻得到廣泛應(yīng)用 。水泥土防滲墻 屬于地下隱蔽工程 , 對于其深度不足 、裂縫 、開叉 、攪拌不均勻等質(zhì)量問題 , 檢測方法不同 , 檢測效果也 各異 。為了取得較好的檢測效果 , 結(jié)合工作實踐 , 我們利用高密度電法和瑞利波法開展了地下水泥土防滲墻的無損檢測研究 ,取得了良好的效果 。1檢測方法1 11 高密度電法高密度電法是一種 新 興的 陣列 電 探方 法 ,其 主要特點是采集迅速 、信息量大 , 特別是分 布式 高 密度電阻 率 法 采 集 儀 的 出 現(xiàn) 使 數(shù) 據(jù) 采 集 變 的 更 加 快 捷 、準(zhǔn)確 、自如 ?，F(xiàn)場采集時 , 首先 將電 極按 一 定 的距離沿縱剖面布設(shè) , 然后用智能電纜將電極 和 采 集儀相連 , 整個數(shù)據(jù)采集過程由采集儀來 控制 。現(xiàn) 場采集時 , 采集儀能按照操作者設(shè)定的采集裝 置 形 式 、采集的深度 、供電大小等參數(shù)自動完 成數(shù) 據(jù) 采 集 , 數(shù)據(jù)采集結(jié)果按照采集位置的不同形成二 維 數(shù) 據(jù)剖面 。根據(jù)我們的實驗和有關(guān)的研究發(fā)現(xiàn) , 水泥土的電 阻率值和齡期存在正比關(guān)系 , 水泥土的電阻率值隨齡 期的增大呈線性增大 , 水泥土防滲墻所具有的高阻特 征是經(jīng)過一段時期后所形成的 。但在水泥土防滲墻形成的較短齡期內(nèi) , 水泥土的電阻率很低 , 和周圍的介 質(zhì)電性相比 , 甚至表現(xiàn)為低阻特征 , 在此階段如果在 防滲墻上沿防滲墻延伸方向布線測量會有利于高密度 電阻率法的開展 。雖然高密度電阻率技術(shù)和常規(guī)電阻 率技術(shù)一樣還存在著體積效應(yīng)的影響 , 但是豐富的數(shù) 據(jù)信息大大提高了其分辨能力 , 同時體積效應(yīng)的存在 對于反映電極間存在的防滲墻缺陷和垂向缺陷 (比如2 檢測時機(jī)水泥土防滲墻形成后 , 隨著齡期的不同 , 其物理 指標(biāo) 、力學(xué)指標(biāo)的差別很大 。從地球物理測試的角度 分析 , 不同齡期的水泥土防滲墻相對于周圍介質(zhì)表現(xiàn) 出不同的地球物理特性 。因此 , 在對水泥土防滲墻施 工質(zhì)量無損檢測時 , 測試時機(jī)的選擇很重要 。根據(jù)有關(guān)的實驗結(jié) 果 , 水 泥土 的 電阻 率隨 齡 期 的增加呈線性增加 。較長齡期后的水泥土電阻 率 和收稿日期 : 2006 211 216作者簡介 : 劉彭江 ( 1966 ) , 男 , 高級工程師 。w ater r esou rces and h ydropower engineering v ol138 n o1379劉彭江 ,等 水泥土防滲墻無損檢測方法研究初期的電阻率相 差 3 5 倍 。根 據(jù) 不 同 電 性 特 征 防滲墻對靜電場分布的影響能力和高密度電法探測的 基本原理 , 利用高密度電法對防滲墻探測 時 , 應(yīng) 選 在成墻后的較短齡期內(nèi) 。不同的成墻條件 、水 泥 摻 入比形成防滲墻的電阻率隨齡期的變化幅度可能不 同 , 高密度電阻率測試的時機(jī)也有所不同 , 一 般 要控制在 10 d內(nèi) 。 隨著不同齡期水泥土防滲墻物性狀態(tài)的改變 , 其力學(xué)性質(zhì)和波速也會發(fā)生變化 。根據(jù)實驗結(jié)果 , 通常 情況下水泥土的力學(xué)指標(biāo)和波速會隨齡期的增加而增 加 。這種力學(xué)性質(zhì)的變化結(jié)果 , 使水泥土防滲墻的剛性變大 , 有利于瑞利波法的開展 。因此 , 利用瑞利波圖 1 高密度實測剖面在 910 m 深度左右 , 頻散曲線明顯離散 , 且波速急劇下降 , 分析認(rèn)為該處墻體深度在 910 m 左右 , 且 未嵌入基巖 。根據(jù)施工資 料 , 該 處攪 拌樁 在 9 m 左右就停止施工 , 在其旁側(cè)高噴補(bǔ)底 , 與檢 測結(jié) 果 相吻合 。圖 2 ( b)為某截滲工程 k6 + 846 水泥土防滲墻實 測瑞雷面波頻散曲線圖 , 瑞利面波頻散曲線在 12 m左右出現(xiàn)“之 ”型拐點 , 且其下曲線較好 , 分析認(rèn)為 該處墻體在 12 m 左右 , 且與基巖接觸良好 。根據(jù)施 工資料 , 該處墻體深度在 12 m 左右 , 與檢測結(jié)果相 吻合 。法進(jìn)行水泥土防滲墻檢測應(yīng)在較長齡期后進(jìn)行 ,為 30 d后 。一般3 對水泥土防滲墻的檢測3 11 對防滲墻埋設(shè)深度的檢測3 1111 高密度電法對防滲墻深度的反映 為了確定能夠反映防滲墻埋設(shè)深度的最優(yōu)電測裝置 , 我們利用不同裝置對不同埋深的防滲墻模型進(jìn)行 了正演模擬 。模擬計算按 60 極 、 1 m 電極間距 、16 m測試深度進(jìn)行 。通過正 演 模 擬 可 以 看 到 不同裝置對 不同深度防滲墻的反映能力不同 。相對而言 , d p - p 裝置和 schlumb eger 裝置對防滲墻的反映能力較 強(qiáng) 。從不同裝置所得的視電阻率剖面來看 , 不 同 裝 置對防滲墻深度的絕對反映能力不夠強(qiáng) , 如果 利 用視電阻率剖面來反映防滲墻的絕對深度需要利用其 他資料來標(biāo)定 。但剖面圖對不同埋深防滲墻的 底 界 面變化反映較明顯 , 從剖面圖上可以判定埋深 的 相 對變化 。圖 1為某截滲工程 k3 + 490 k3 + 520 段水泥土防滲墻的高密度實測剖面 。底部出現(xiàn)低阻異常 , 分析 認(rèn)為墻體下部質(zhì)量較差 , 墻體施工深度未達(dá)到設(shè)計深 度 。在 k3 + 511布置鉆孔 , 取樣結(jié)果顯示深度 1010 1310 m 為 灰 黑 色 粉 細(xì) 砂 , 含 少 量 粘 性 土 , 未 膠 結(jié) ,松散狀 , 與高密度電法實測剖面分析結(jié)果相吻合 。3 1112 瑞利波法對防滲墻深度的反映 如果水泥土防滲墻體的波速和墻體嵌入介質(zhì)存在波速差異 , 根據(jù)瑞利波的頻散性質(zhì) , 利用在墻體表面 擊震和采集所得的瑞利波信號進(jìn)行處理所得的頻散曲 線在墻體和其嵌入地層的交界位置便會出現(xiàn)“之 ”字拐點 。圖 2 實測瑞利波頻散曲線3 12 對防滲墻墻體均勻性的檢測3 1211 高密度電法對防滲墻均勻性的反映 為了確定能夠反映 防 滲墻 均勻 性 的最 優(yōu)電 測 裝置 , 我們利用不同裝置對不均勻防滲墻的模型進(jìn)行了 正演模擬 。模擬計算按 60 極 、 1 m 電極間距 、 16 m測試深度進(jìn)行 , 通過正演模擬可以看到在所有模擬裝 置中 , d p - p裝置的反映能力最強(qiáng) , 利用其顯示圖像 可以反映出異常區(qū)的分布位置 , 但異常區(qū)的范圍大于 設(shè)計不均勻區(qū) 。圖 3 為某截滲 工 程 k1 + 147 k1 + 187 段 水 泥土防滲墻的高密度電法實測剖面 , 防滲墻的設(shè) 計 深 度 14 m 左右 。 k1 + 14815 左右高密度電法剖面圖顯圖 2 ( a)為某 截 滲 工 程實測瑞雷面波頻散曲線圖 ,k5 + 760 水 泥 土 防 滲 墻瑞雷面波頻散曲線 顯 示80水利水電技術(shù) 第 3 8 卷 2 0 0 7 年第 3 期劉彭江 ,等 水泥土防滲墻無損檢測方法研究示 6 m 以下視電阻率相對較低 , 分 析 認(rèn) 為 墻 體 6 m以下攪拌不均 , 墻體施工沒有達(dá)到設(shè)計深 度 。根 據(jù) 檢測結(jié)果 , 在 k1 + 14815 布置鉆孔 , 取樣結(jié)果 : 深 度 610 1113 m 為 灰 黃 色 水 泥 土 , 攪 拌 不 均 勻 ;1113 1218 m 為灰黑色淤泥夾粉細(xì)砂 , 所夾粉細(xì)砂 呈松散狀 , 底部 013 m 為黑色淤泥含礫石 , 與檢測結(jié)果相吻合 。圖 4 瑞利面波頻散曲線樁區(qū)的分布位置 , 但異常區(qū)的分布范圍大于實際異常體的分布范圍 。如圖 3 ( b) 所示 , 在 k5 + 171 k5 + 176 段出現(xiàn) 豎向相對低阻 , 分析認(rèn)為該處存在墻體不連續(xù) 。根據(jù) 檢測結(jié)果 , 我 們 在樁 號 k5 + 17115 布置鉆孔 , 孔深617 m , 鉆進(jìn)深度至 418 m 時孔內(nèi)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象 ; 418617 m 為淺棕褐色粘性土 , 未見水泥跡象 , 具塑性 ,表明 418 m 以下未見水泥土防滲墻 , 墻體不連續(xù) , 與 檢測結(jié)果相吻合 。圖 3 高密度電法實測剖面3 1212 瑞利波法對防滲墻不均勻區(qū)的反映如果水泥土防滲墻體中的不均勻區(qū)波速和墻體介 質(zhì)存在波速差異 , 根據(jù)瑞利波的頻散性質(zhì) , 利用在墻體表面擊震和采集所得的表面波信號進(jìn)行處理所得的 頻散曲線在墻體不均勻位置會出現(xiàn)“之 ”字拐點或頻 散點密度發(fā)生變化 。圖 4 為某截滲工程 k3 + 931 防滲墻實測瑞利面 波頻散曲線 , 瑞 利 面 波 頻 散 曲 線 在 8 m 左 右 出 現(xiàn)“之 ”字 形 拐 點 , 波 速 下 降 , 1014 m 以 下 出 現(xiàn) 明 顯 離散 , 波速急劇下降 , 分析認(rèn) 為 該處 墻體 8 m 以 下 水泥土攪拌不均 , 1014 m 以下墻體質(zhì)量較差 。為檢 驗檢測資 料 的 準(zhǔn) 確 性 , 我 們 在 k3 + 931 布 置 鉆 孔 , 取樣 結(jié) 果 為 615 1115 m 灰 黃 色 水 泥 土 , 攪 拌 不均 , 強(qiáng)度略低 ; 1115 1310 m 為灰黑色淤泥質(zhì)水泥4 結(jié)論( 1 )從方法原理來講 , 利用高密度電法 、瑞利波法可以實 現(xiàn) 對 水 泥 土 防 滲 墻 施 工 質(zhì) 量 的 無 損 檢 測 。 ( 2 )利用高密度電法和瑞利波法檢測時 , 時機(jī)的選擇 很重要 。一般高密度電法需要在較短齡期內(nèi)進(jìn)行 , 瑞 利波法需要在較長齡期后實施 。 ( 3 )利用高密度電法 檢測時 , 不同電測裝置對防滲墻缺 陷 的反 映形 態(tài) 不同 , 各種裝置對缺陷位置的反映較準(zhǔn)確 , 對缺陷分布 范圍的反映有夸大現(xiàn)象 , d p - p裝置是最優(yōu)裝置 。采 集電極間距一般應(yīng)為 1 2 m , 采集深度要大于墻體 埋設(shè)深度 23 m。 ( 4 )利用瑞利波法檢測時 , 觀測系 統(tǒng)和震源的設(shè)置很重要 。通常要加大偏移距以減少干擾信號的影響 , 減小道間距以提高數(shù)據(jù)精度 。利用面 波頻散曲線的頻散現(xiàn)象和“之 ”字形拐點可以確定防 滲墻的缺陷位置和深度 。土 , 具臭味 , 水泥 含量 少 , 具 塑 性 ,吻合 。3 1