無(wú)損傷檢測(cè)水泥土防滲墻方法在崗陳水庫(kù)加固工程上的應(yīng)用

【摘 要】本文簡(jiǎn)要介紹了崗陳水庫(kù)工程概況及水泥土防滲墻的施工特點(diǎn)，并介紹了電反射系數(shù)(K)剖面法和雙排列電位電極測(cè)深方法與原理，通過(guò)取芯實(shí)驗(yàn)等方法，驗(yàn)證該方法在防滲墻檢測(cè)中取得了良好的效果。

【關(guān)鍵詞】 水泥土防滲墻;電反射系數(shù)(K)剖面法;電位電極測(cè)深法;K斷面圖;分析評(píng)價(jià)

No damage to detect the earth cut in through the way gang chen reservoir projects application

Xing Chao-yang

(Anhui and huai river water resources reseach institute Bengbu Anhui 233000)

【Abstract】This paper briefly introduces the basic set of the soil and water reservoirs were constructed through the wall， and this is the coefficient ( k ) its law and are an electrode in the depth and ways and through the core principles of the experiment verify the way by such means， in the wall cut through the test achieved good results.

【Key words】Water from the earth sank;The reflection of its law and( k ) profile;An electrode in the depth;K sectional view;Comprehensive analysis evalua-tion

1. 前言

崗陳水庫(kù)位于安徽省天長(zhǎng)市東南部的丘陵區(qū)，距金集鎮(zhèn)西北約5公里，水庫(kù)下游約0.3Km是天長(zhǎng)至儀征省際公路，交通便利;水庫(kù)集水面積11.05 Km²，總庫(kù)容量為596.29m3;是一座以灌溉、調(diào)節(jié)為主，兼滯洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的小(一)型水庫(kù)。

崗陳水庫(kù)于1966年動(dòng)工興建，1978年基本完工，大壩分四期完成。壩體筑料主要是中粉質(zhì)壤土、淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土、重粉質(zhì)壤土，壩基主要為粘土。由于該水庫(kù)是在邊勘測(cè)、邊設(shè)計(jì)、邊施工的情況下完成的，其前期工作準(zhǔn)備不足，施工條件差，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，給工程留下很多質(zhì)量和安全隱患，致使水庫(kù)在運(yùn)行過(guò)程中多次出現(xiàn)險(xiǎn)情。1968年7月1日，大壩在老河槽段出現(xiàn)決口，給下游人民群眾生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。由于大壩存在滲漏嚴(yán)重，于2004年1月和2005年5月經(jīng)天長(zhǎng)市水利局和水利部大壩安全管理中心，對(duì)崗陳水庫(kù)大壩鑒定為三類壩。為消除隱患，確保大壩安全，設(shè)計(jì)在大壩樁號(hào)0+075~0+625(因建涵閘等因，實(shí)際施工為0+078~0+521)采用多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻進(jìn)行防滲處理，建議一次成墻，河槽段單元搭接厚度不小于100mm，灘地段單元搭接厚度不小于80mm，防滲墻最大深度為14m(實(shí)際施工為18.5 m)，墻底板嵌入粘土層1.0m，墻厚為220㎜，水灰比為1.5，水泥滲入量為10~12%，墻體抗壓強(qiáng)度不小于0.5MPa，滲透系數(shù)不大于i×10-6 cm/s(1﹤i﹤10，28d齡期)。該工程由天長(zhǎng)市水電建筑安裝工程公司承擔(dān);為確保工程質(zhì)量，受天長(zhǎng)市病險(xiǎn)小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程建設(shè)管理處委托，安徽省水利工程質(zhì)量檢測(cè)中心站運(yùn)用電反射系數(shù)(k)法、雙排列電位電極測(cè)深法和鉆孔取芯法等，對(duì)防滲墻施工質(zhì)量進(jìn)行綜合檢測(cè)。

多頭小直徑攪拌水泥土防滲墻，是引用了水泥土攪拌樁的原理，在單頭的基礎(chǔ)上改成雙頭或多頭，將相鄰攪拌樁部分重疊進(jìn)行搭接組成連續(xù)水泥土防滲墻;多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻技術(shù)施工的關(guān)鍵機(jī)械是深層攪拌樁機(jī)，其原理是利用水泥漿作為固化劑主劑，通過(guò)深層攪拌機(jī)械，在地基深處就地將原狀土和水泥漿液強(qiáng)制拌合在一起，水泥和原狀土將產(chǎn)生一系列物理-化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)改性，而形成水泥土墻墻體，用水泥土墻作為防滲墻達(dá)到截滲的目的。

2. 檢測(cè)方法及原理

2.1 電反射系數(shù)(K)剖面法。

2.1.1 電反射系數(shù)(K)剖面法的基本原理。

自然界中的交變電磁場(chǎng)與波動(dòng)場(chǎng)一樣，都符合波動(dòng)方程:

v2φ=2 φ c#8226;t2

當(dāng):2 φ t2=0時(shí)，波動(dòng)方程轉(zhuǎn)化為拉普拉斯方程，

則;

v2φ=0

即交變電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為直流電磁場(chǎng)，在直流場(chǎng)中，當(dāng)電流迂有電阻抗差異的界面時(shí)，界面要向?qū)嶋H電源所在介質(zhì)反射一部分電流線，這部分電流的大小，決定于界面電反射系數(shù)(K)值的大小。眾所周知，防滲墻的施工，是將水泥與水配制成一定的水灰比，通過(guò)鉆孔由高壓泵將漿液壓入地層中，使?jié){液與砂層、粉土等地層膠結(jié)成一體而形成防滲墻，誠(chéng)然，防滲墻與周圍介質(zhì)相比，其強(qiáng)度與電阻抗均明顯增大，電反射系數(shù)(K)亦增大，說(shuō)明防滲墻的截滲效果較好。如果水泥質(zhì)量不符合要求、水灰比配置不當(dāng)、泵壓、泵量、以及灌漿時(shí)間等控制不妥，那么防滲墻與周圍介質(zhì)電阻抗差就小，電反射系數(shù)(K)值也就隨之變小，形成的防滲墻質(zhì)量相對(duì)就差。正是利用電反射系數(shù)(K)這一特點(diǎn)，來(lái)判斷防滲墻的工程質(zhì)量。

在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，是將防滲墻的物性作為相對(duì)穩(wěn)定的、有固定規(guī)格均勻的旁側(cè)影響體，其電反射系數(shù)(K)值是地層和防滲墻的綜合反映，因此，必須將測(cè)線布置在防滲墻一側(cè)0.5~1.0m處，使防滲墻對(duì)電流線的反射達(dá)到最大值，測(cè)到的電反射系數(shù)(K)值基本代表防滲墻的(K)值特征;對(duì)每一個(gè)測(cè)點(diǎn)通過(guò)改變供電極距的方法，測(cè)試出由地表至防滲墻底部的電阻率，作為進(jìn)行一次微分演算、繪制圖件評(píng)價(jià)防滲墻質(zhì)量的基礎(chǔ)資料。

2.1.2 測(cè)試資料的技術(shù)處理。

2.1.2.1 對(duì)ρS曲線進(jìn)行一次微分演算。

對(duì)ρS曲線進(jìn)行一次微分演算的目的是對(duì)ρS曲線微弱的異常進(jìn)行放大，便于對(duì)異常規(guī)模的確認(rèn)，理論與實(shí)踐證明，ρS曲線的形狀客觀的反映了電反射系數(shù)K值的大小，但微弱的異常在ρS曲線上不易被發(fā)現(xiàn)，經(jīng)對(duì)異常放大后，在K斷面圖上更便于辨認(rèn)，研究它的形態(tài)、變化規(guī)律，能夠分析、判斷防滲墻的缺陷問(wèn)題;為了求得電反射系數(shù)K值，對(duì)野外實(shí)測(cè)ρS曲線進(jìn)行一次微分演算，一般采用差商法求K值，其計(jì)算公式:

K=ρs(n)ρs(n-1)-1AB(n)AB(n-1)-1

在實(shí)際操作過(guò)程中，設(shè)計(jì)了電反射系數(shù)K值計(jì)算表，將極距及ρS值填入表中，按表中步驟計(jì)算很方便，電反射系數(shù)K值計(jì)算表見附件。

2.1.2.2 編繪電反射系數(shù)(K)斷面圖

將所求K值，在單對(duì)數(shù)紙上繪制K—AB(平)2 曲線，再根據(jù)各測(cè)點(diǎn)不

同深度的電反射系數(shù)(K)值，用內(nèi)差的方法繪制電反射系數(shù)(K)斷面圖，用該圖對(duì)防滲墻的連續(xù)性及缺陷進(jìn)行分析判斷。第四紀(jì)地層在電反射系數(shù)(K)斷面圖上等值線一般呈水平或緩傾角形態(tài)，這是它的沉積環(huán)境決定的，而防滲墻在某一部位的缺陷，在電反射系數(shù)(K)斷面圖上呈低值封閉圈異常，對(duì)防滲墻的連續(xù)性易于分析判斷。

2.2 雙排列電位電極系測(cè)深基本原理與方法。

雙排列電位電極系測(cè)深是將供電電極AB(B∞)和測(cè)量電極MN(N∞)分別布置在防滲墻兩側(cè)，且使防滲墻位于AM的中心位置，無(wú)窮遠(yuǎn)極距離一般是探測(cè)深度的10倍(BN∞≥10AMmax)以上，由于測(cè)量電極M和供電電極A距離較近，隨著AM極距的不斷增大，防滲墻電性由淺到深的改變引起地面電場(chǎng)的變化，就會(huì)被M極接收到，根據(jù)電位電極系這一原理，隨著AM極距逐漸增大，就可計(jì)算出測(cè)點(diǎn)垂直方向上不同深度的電阻率值及其變化規(guī)律，從而可以分析判斷防滲墻底板的施工深度。

圖1 電位電極測(cè)探示意圖

圖2

圖3

3. 崗陳水庫(kù)水泥土防滲墻工程質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)用實(shí)例

該防滲墻設(shè)計(jì)總長(zhǎng)為550 m(0+075～0+625)，實(shí)際施工為443m(0+078～0+521)，檢測(cè)443m。從防滲墻電反射系數(shù)(K)斷面圖上分析得知，在0+078～0+368、0+385～0+521m對(duì)應(yīng)的防滲墻部位，電反射系數(shù)K=-0.1～0.2，K等值線反應(yīng)平緩，沒(méi)有產(chǎn)生K值低值封閉圈異常，說(shuō)明該部分防滲墻連續(xù)性較好。但在0+368～0+385m，高程約在31～27m (按現(xiàn)堤頂高程37 m計(jì)算)，寬約17m，出現(xiàn)一個(gè)K=-0.2～-0.3的低值異常封閉圈，此異常推測(cè)為:一是墻體可能存在一定的缺陷;二是地層可能發(fā)生變化或壩體土質(zhì)變化產(chǎn)生(例如淤泥、淤質(zhì)重粉壤土或粘土等)，為了進(jìn)一步論證該異常區(qū)的性質(zhì)，在此異常區(qū)(樁號(hào)0+375)布孔打鉆取芯驗(yàn)證。

為了更進(jìn)一步論證電反射系數(shù)(K)剖面法的檢測(cè)效果和防滲墻的施工質(zhì)量，根據(jù)電反射系數(shù)(k)斷面圖，針對(duì)墻體具有代表性的部位，有目的的分別在正常區(qū)(ZK1)、險(xiǎn)段老河槽(ZK2)、異常區(qū)(ZK3)布置三個(gè)鉆孔，以最少的鉆探工作量滿足檢測(cè)要求。

表1 防滲墻鉆探取芯試驗(yàn)結(jié)果一覽表

孔位孔號(hào)樁號(hào)取樣深度(m)抗壓強(qiáng)度(MPa)注水試驗(yàn)滲透系數(shù)(㎝/s)

正常區(qū)ZK10+1043.5～4.2 1.2

6.1～6.50.92.80×10-6

正常區(qū)ZK20+2552.5～3.11.1

12.2～12.61.32.30×10-6

異常區(qū)ZK30+3753..2～3.70.8

6.5～7.01.51.21×10-7

為檢測(cè)防滲墻的墻底深度，在443m防滲墻上布置了S1(與鉆探孔ZK1同位)、S2兩個(gè)雙排列電位電極系測(cè)深點(diǎn)，檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 電位電極系法檢測(cè)防滲墻底板深度一覽表

測(cè)點(diǎn)編號(hào)測(cè)點(diǎn)樁號(hào)設(shè)計(jì)墻深(m)檢測(cè)墻深(m)

S10+1048.08.0

S20+4809.59.3

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，經(jīng)檢測(cè)論證，防滲墻墻體深度符合設(shè)計(jì)要求。

崗陳水庫(kù)防滲墻工程采用電反射系數(shù)(K)剖面法和雙排列電位電極系測(cè)深等方法對(duì)水泥土防滲墻進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)相吻合，驗(yàn)證了無(wú)損傷檢測(cè)方法的有效性。

4. 結(jié)語(yǔ)

電反射系數(shù)(K)剖面法、雙排列電位電極系測(cè)深法等技術(shù)，它是一種快速無(wú)損傷的檢測(cè)方法，并能確定防滲墻缺陷的空間位置，在無(wú)損傷檢測(cè)的基礎(chǔ)上配合少量的挖槽取芯或開挖豎井試驗(yàn)，可以對(duì)防滲墻的整體質(zhì)量給出較為客觀、科學(xué)的評(píng)價(jià)。

電反射系數(shù)(K)剖面技術(shù)、雙排列電位電極系測(cè)深等方法通過(guò)近兩年的研究與試驗(yàn)，證明該方法無(wú)論是從理論上論證還是從實(shí)際應(yīng)用效果都是可行的，在測(cè)試中要根據(jù)工程的實(shí)際條件，嚴(yán)格執(zhí)行野外測(cè)試的技術(shù)要求，就能夠達(dá)到事半功倍的效果，為防滲墻的質(zhì)量檢測(cè)提供了新的手段。

參考文獻(xiàn)

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[3] 《水利水電混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范》SL174-96

[文章編號(hào)]1619-2737(2010)05-18-102

[作者簡(jiǎn)介]邢朝陽(yáng) (1978-)，男， 大學(xué)本科、工程師，就職于安徽省#8226;水利部淮委水利科學(xué)研究院，主要從事地基基礎(chǔ)及橋梁結(jié)構(gòu)研究檢測(cè)工作。