大堤防滲工程質量檢測的幾種試驗方法

臧光文

（上?？睖y設計研究院，上海 200434）

大堤防滲工程質量檢測的幾種試驗方法

臧光文

（上?？睖y設計研究院，上海 200434）

針對防滲工程質量檢測與評價的復雜性，介紹了幾種非常規方法在水庫大堤防滲工程質量檢測中的試驗研究工作：①結合壓水試驗和注水試驗2種方法的特點提出了鉆孔壓力注水試驗；②應用面波和地質雷達等物探方法進行了一系列的無損檢測試驗。在大量試驗基礎上，改進了試驗設備、完善了試驗方法，并取得了可靠的成果，說明試驗方法具有一定適用性。

防滲；壓力試驗；注水試驗；面波；地質雷達

1 研究背景

防滲墻對于堤防工程是最為有效的防滲處理措施之一［1］，其質量檢測與評價比較復雜，也存在很多困難。目前，防滲墻質量檢測主要采用淺層局部開挖、鉆孔取樣、注水試驗，以及常規的室內試驗等方法，有時也進行半無損的靜力觸探或標貫試驗。上述方法檢測的準確度相對較高，可以對防滲墻各項指標進行定量評價，但也存在費力、費時、費用高，對防滲墻墻體產生或多或少的破損的問題，而且由于檢測數量少，只能以點代面進行質量評價等不足。隨著防滲墻齡期的增長尤其是施工完成后的幾天，水泥土墻體強度增長較快，且現場施工場地有限等原因往往會導致采用半無損的靜力觸探或標貫試驗無法實現。

為較全面、完整、準確地檢測大堤防滲工程質量，在采用以上常規檢測的基礎上進行了一系列諸如鉆孔壓力注水檢測試驗和快速、經濟、方便、無損的物探無損檢測試驗。

2 鉆孔壓力注水檢測試驗

由于注水試驗試驗水頭較小，對于較深的防滲結構無法分段進行試驗等原因，本工程設計要求采用鉆孔壓水試驗對防滲結構進行滲透性能評價。

鉆孔壓水試驗多用于巖基勘察和巖石灌漿等承壓能力較大，且具有良好封閉效果的工程中，其能夠將較深的巖基或防滲結構工程分段進行原位滲透試驗，同時可以選用合適的防滲體試驗水頭，得到準確的結果［2］。本工程檢測試驗表明，由于邊界條件的不同，常用的鉆孔壓水方法及設備對水泥土樁的滲透試驗有一定的不適用性。問題表現于2個方面：①試驗水頭較小時，對于滲透系數較小的防滲墻由于滲透量很小，現有的流量計無法精確測量其流量；②要保證現有的流量計能夠測量流量則需要較大的試驗水頭，相應為實現試段密封需要較大的橡皮塞張力，這有可能導致防滲結構破壞。為此，根據試驗效果對試驗方法及設備進行了一系列的完善與改進，最后發現，人工抬高試驗水頭的壓力注水試驗方法比較適用于本工程現場滲透試驗。

改進試驗裝置后的試驗水頭可任意提高，鉆機自帶的鋼架可以滿足一般的設計水頭要求，過高的試驗水頭需要搭建腳手架。某試驗孔不同水頭的壓力注水試驗結果見表1。

從表1可以看出，同一試驗段多種水頭試驗結果基本一致，說明試驗方法本身比較穩定可靠，可以用來進行防滲結構的滲透性能檢測評價。鉆孔壓力注水試驗方法已獲得1項實用新型專利：《鉆孔壓力注水原位滲透試驗裝置》（專利號：ZL201220271220.4）。

3 物探無損檢測試驗

防滲墻由于施工工藝及澆筑材料不同，其物理特性也不同。一般情況下，防滲墻與周邊介質相比，具有以下特征［3］：

（1）密度差異：一般情況下，防滲墻密度值較大；內部出現質量缺陷時，密度值減小。

表1 同試驗段不同試驗水頭滲透試驗結果Table 1 Results of penetration test for the samesection under different water heads

（2）波速差異：一般情況下，防滲墻波速值較大；內部出現質量缺陷時，波速值減小。

（3）電性差異：一般情況下，防滲墻電阻率較大；內部出現質量缺陷時，電阻率減小。

（4）波阻抗差異：一般情況下，防滲墻波阻抗較大；內部出現質量缺陷時，波阻抗減小。

以上4點說明采用物探無損方法對防滲墻質量進行檢測具備理論前提，為了克服防滲工程常規檢測方法的不足，發展快速、經濟、方便、原位無損的檢測方法是非常有意義的。

3.1 地質雷達法檢測試驗

地質雷達工作原理為：高頻電磁波以寬頻帶短脈沖形式，通過發射天線被定向送入地下，經過存在電磁性差異的地下地層或是目標體反射后返回地面，由接收天線接收。通過對時域波形的采集、處理和分析，可確定地下界面或地質體的空間位置及結構，當地下不同的介質間存在著電磁性差異時，通過地質雷達探測，可以分辨出地下異常體及存在著的地下地質隱患。

地質雷達檢測試驗主要在處理深度較淺（8 m左右）的防滲工程上進行。圖1為CX9＋300～400m范圍防滲墻地質雷達探測剖面圖。

圖1 CX9＋300～400 m段地質雷達剖面Fig.1 Profiles from CX9＋300m to CX9＋400m by GPR（ground penetrating radar）

該段地質雷達探測剖面可以分3段進行解釋：

表2 地質雷達檢測試驗與常規檢測結果對比Table 2 Com parison between GPR testing result and conventional testing result

更多的試驗表明：地質雷達可以用來進行處理深度較淺的防滲墻質量檢測，具有全面無損、快速經濟、方便直觀等優點。一般來說，當地質雷達剖面圖中雷達波組較多且連續，相應的防滲墻墻體也是連續均勻的，當出現雷達波組錯斷、能量變弱等不均勻特征時需進行鉆孔取芯等常規檢測進行驗證，以確認防滲墻質量是否能夠滿足設計要求。

3.2 面波法檢測試驗研究

面波沿地表傳播的速度與波及深度內介質的彈性參數有關，包括介質的密度、壓縮和剪切波速度，而主要的影響參數是介質的剪切波速度。按現代瑞雷波勘探技術，當地下含有異常體或異常層位（如地下建筑、空洞、透鏡體、管道等），會導致處理得到的頻散曲線圖出現“之”字形拐點、散點，曲線斜率發生突變等現象，據此也可判斷地下異常體的存在。將面波排列依次沿同一方向進行布置探測，就可以得到一條反映地下介質速度分布情況的速度剖面，通過面波速度差異來探測地質體異常區域［4］。

面波檢測試驗主要在處理深度較深（25 m左右）的防滲工程上進行。

通過大量試驗，發現要滿足探測深度要求，必須加長排列長度，同時增強震源能量。為解決上述問題，特加工了一套三腳架和60 kg重錘，以改善震源機制。

圖2為29＋083～132 m范圍防滲墻測試得到的面波波速分布圖。面波波速分布圖與常規檢測對比分析如表3所示。

圖2 29＋083～132 m段面波波速分布圖Fig.2 Surface wave speed profiles from 29＋083m to 29＋132m

表3 面波檢測試驗與常規檢測結果對比Table 3 Com parison between surface wave testing resu lt and conventional testing result

更多的試驗表明：在青草沙水庫防滲工程中，對三軸攪拌樁、高壓旋噴樁、TRD工法等實施處理的水泥土防滲墻，面波方法均可以用來進行其質量檢測，且具有全面無損、快速經濟、方便直觀等優點。面波波速與水泥土芯樣28 d強度之間整體上呈現波速越高、強度越高的現象，由于試驗樣本有限，本試驗尚未得到二者之間精確的相關關系。面波波速500 m／s以上且均勻連續時，防滲墻滲透系數滿足設計要求，由于試驗樣本有限，本試驗尚未發現面波波速與墻體滲透系數之間明確的對應關系。防滲墻墻體滲透系數仍需現場滲透試驗或室內芯樣滲透試驗確定。采用面波方法對防滲墻進行全面或大量普查，并結合常規檢測方法進行驗證，能夠更全面、準確地評價防滲墻墻體質量。在面波波速分布圖中連續的區段適當降低鉆孔數量，可以減少鉆孔對防滲墻墻體的破壞，同時可以節約檢測成本。

4 結論與展望

（1）對于防滲工程，常規的鉆孔取芯、取樣室內試驗檢測能直觀、客觀反映防滲體工程質量，是不可取代的；但由于防滲體受施工質量控制和抽樣性影響，防滲體均勻性、連續性往往不夠，不能完全反映防滲體的整體質量，現有規程規范中推薦使用的常規注水、抽水和壓水試驗方法均難較真實地反映防滲體滲透性質量。綜合采用壓水試驗分段法及人工抬高水頭代替水泵壓法的壓力注水試驗方法，能較好地適用于高壓旋噴樁、攪拌樁等水泥土防滲介質的滲透性能檢測評價，且具有水頭穩定、能夠測讀到穩定流量等顯著的優點。在相似防滲工程質量現場滲透性能檢測中推薦應用此方法。

（2）根據防滲墻特點，采用不同的物探無損檢測方法可以用來對防滲墻墻體進行全面或大量普查，并結合常規檢測方法進行驗證，能夠較全面、準確地評價防滲墻墻體質量，在物探方法大量普查的基礎上，對其探測結果連續的區域可適當降低鉆孔取芯數量，這樣既可以降低對防滲墻墻體的破壞，又可以節約檢測成本。

（3）物探檢測方法無損檢測具有全面、無損、快速、經濟、方便、直觀等優點，目前存在定量研究方面的不足。這需要在以后的工程實踐中進一步實踐、研究和分析。物探檢測方法在防滲墻工程質量檢測、安全鑒定方面具有較大的發展應用前景。

Hidden Engineering for Changjiang’s Major Levees［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2000，17（Sup.1）：4－8.（in Chinese））

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（編輯：黃 玲）

Some Testing M ethods for Quality Inspection of Dyke Seepage Prevention Project

ZANG Guang wen
（Shanghai Investigation，Design and Research Institute，Shanghai 200434，China）

In view of the complexity of quality inspection and evaluation for seepage prevention project，some un conventional testingmethods for the quality inspection of dyke seepage prevention projectare introduced.Themeth od of borehole and pressure water injection is proposed based on the characteristics ofwater pressure test and water injection test.In addition，non destructive testing such as ground penetrating radar and surface wavemethods are carried out.Through large amount of tests，the test equipment are improved and testmethods are refined.Moreo ver，reliable results are obtained which verified the applicability of these testingmethods.

seepage prevention；water pressure test；water injection test；surface wave；ground penetrating radar（GPR）

TV223.4

A

1001－5485（2013）12－0035－04

10.3969／j.issn.1001－5485.2013.12.006

2013－05－22；

2013－07－04

臧光文（1962－），男，湖北天門人，高級工程師，主要從事巖土工程研究及水利水電工程監測、檢測工作