將示蹤法應用于小浪底主壩裂縫深度的檢測

崔鑫　楊燕　代永信

【摘要】文章講述了小浪底主壩前期裂縫基本情況、目前裂縫情況；講述了將示蹤劑注入壩體裂縫中，采用探地雷達技術綜合監測示蹤劑在裂縫中的流動狀態的參數選擇與具體工作過程；講述了示蹤法檢測的關鍵技術及對選取的4個斷面依次進行灌漿前和灌漿后的測線布置情況；講述了根據各測線分析計算的深度平均值確定裂縫的實際深度檢測結果。通過示蹤法對小浪底主壩下游側表層縱向裂縫的探測，基本上查明了各測試斷面裂縫發育面的彎曲形態，成功地探測到壩體裂縫的底部，所測四個斷面裂縫最大深度為6.8m，獲得了裂縫發育的真實情況。

【關鍵詞】小浪底主壩；示蹤法；探地雷達；裂縫；檢測

1、工程現狀

1.1 前期裂縫基本情況

2001年發現大壩壩頂下游側樁號D0+727 以北，距下游側路緣石內側40～60cm處有一條長約100m、最大開口寬度約10mm 的非連續縱向裂縫。2002年5月壩頂鋪設六棱磚時，裂縫被覆蓋。

2003年10月18日發現主壩下游側樁號D0+690以北，距下游側路緣石80～120cm處，六棱磚縫間有1條長160m、最大寬度約4mm的連續縫隙。為了進一步查明裂縫情況，2004年6月開挖了4個探坑，于2004年8月拆除了該處壩頂路面的六棱磚，發現裂縫基本平行于壩軸線，自樁號D0+130延續到樁號D0+757，長約627m

1.1.1 裂縫位置

裂縫位于壩頂下游側，距路緣石距離為0.80～1.20m，與壩軸線基本平行。從壩體剖面可見裂縫位于壩體3 區料范圍內，與防滲體的距離約6.3m。

1.1.2 裂縫深度

縫深自六棱磚面算起，4個探坑的裂縫深度分別為3.25m、2.60m、3.30m及3.90m，裂縫基本豎直。

1.1.3 裂縫寬度

在壩面沿裂縫長度方向每隔5m測量裂縫寬度，從樁號D0+225開始至樁號D0+760，共107個數據，測值范圍為2～100mm，其中大于50mm的占11.2%；30～50mm的占13.1%；30mm及以下的占75.7%。樁號D0+520～D0+760段裂縫寬度較小，大多在20mm以下。

在開挖的4 個探坑中，從上而下每隔0.3m 測量裂縫寬度，直至裂縫難以辨別為止。測得最大裂縫寬度為150mm，裂縫寬度隨深度增大而減小。

1.2 目前裂縫情況

1.2.1 裂縫位置

裂縫位于壩頂下游側，距路緣石為1.0～2.0m，與壩軸線基本平行。

1.2.2 裂縫寬度

掀開六棱磚并剪開土工膜，發現在壩體回填粘土層裂縫表面最大寬度為4.2mm。繼續開挖至砂礫石層，由于前期對該裂縫區域進行過處理，裂縫在后期發展中以松散砂礫石帶的形式出現，其中局部夾雜脫空。

2、檢測方法和關鍵技術

2.1 檢測方法

根據主壩表層縱向裂縫的特征及所處位置的材料組成情況，引進了裂縫深度示蹤法檢測技術：將示蹤劑注入壩體裂縫中，采用探地雷達技術綜合監測示蹤劑在裂縫中的流動狀態，檢測裂縫的發育深度。

2.2 參數選擇與工作過程

本次檢測使用的設備為SIR-3000 型探地雷達，配套的收-發組合一體式200MHz 和100MHz 檢測天線。設備系統是時間域探地雷達系統，在檢測時可實時自動顯示彩色剖面記錄圖像。

為可靠的獲取地下目標體相關信息，現場天線沿設計測線貼面連續檢測，為消除天線檢測速度不均對測量位置的影響，當天線移動到距離標志點時按動標記開關，以便準確控制剖面位置。所有觀測數據均通過模數轉換后，以數據文件的形式存放于主機。

2.3 技術關鍵

大壩裂縫深度示蹤法檢測技術是將示蹤劑灌入裂縫，示蹤劑為對雷達波具有強烈反射性能的液體，其對雷達波的反應與其周圍介質相比具有數量級的差異。在重力或者灌入壓力的作用下，示蹤劑向裂縫底部流動，待示蹤劑到達裂縫底部時，采用雷達對裂縫部位進行掃描檢測。積存在裂縫底部的示蹤劑在雷達掃描影像上有明顯的顯示，由此可確定裂縫底部的位置，從而得出裂縫的深度。

2.4 測線布置

沿著壩體軸線方向選取4 個測試斷面進行示蹤法檢測，每個測試斷面的位置根據壩面標識的里程樁號來標記。

每個測試斷面的測線布置為灌漿前和灌漿后。灌漿前，根據壩體裂縫的外部表征，在疑似裂縫區域選取多條測線（平行于或垂直壩軸線），形成檢測網格，以準確定位壩體內部裂縫的實際區域，為灌漿孔的選擇提供依據。灌漿后，在灌漿孔附近垂直壩軸線布置測線，以追蹤示蹤材料的流向，根據各測線分析計算的深度平均值確定裂縫的實際深度。

3、結論

通過采用示蹤法對小浪底主壩下游側表層縱向裂縫的探測，利用電磁波對示蹤劑的高度靈敏反應的特點，基本上查明了各測試斷面裂縫發育面的彎曲形態，成功地探測到壩體裂縫的底部，獲得了裂縫發育的真實深度，具體如下：

3.1 D0+705.18 測試斷面

主壩下游側表層縱向裂縫平均深度為5.20m；

3.2 D0+496.44 測試斷面

主壩下游側表層縱向裂縫平均深度為5.95m；

3.3 D0+393.18 測試斷面

主壩下游側表層縱向裂縫平均深度為6.65m；

3.4 D0+278.45 測試斷面

主壩下游側表層縱向裂縫平均深度為6.75m。

所測四個斷面裂縫最大深度為6.8m。

參考文獻：

[1] 鄭明廣；示蹤法測量大口徑管道氣體流量的研究[D]；中國計量學院；2012年

[2] 王海橋；示蹤氣體測量理論及在礦井通風中的應用[J]；工業安全與防塵；2000年02期