防滲墻滲漏隱患快速無損普查與定位技術研究

陳興?！⑹|　吳小平　周官群　胡雄武

摘要：為快速、有效地確定防滲墻墻體深度、連續性及對可能存在的裂縫、空洞等缺陷位置進行準確定位，需尋找更為快速通用的檢測方法。提出先采用電阻率對比法進行快速普查，發現墻體可能存在的缺陷橫向位置，再在疑似異常位置利用電阻率CT法或孔中自然電位法進行異常位置的精確定位。電阻率CT數值模擬結果表明：電阻率CT法對防滲墻的缺陷具有較強的敏感性，同時該組合方法受庫水位及地面探測條件等限制因素影響較小，具有較強的適用性，可為工程質量的判定提供依據。

關鍵詞：防滲墻; 快速無損檢測; 定位技術; 電阻率CT法; 自然電位法

中圖法分類號： P631

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.10.024

0引 言

防滲墻在施工時，由于各種原因會導致墻體存在如裂縫、架空、蜂窩、離析、接縫不牢、局部充泥、無墻等隱患[1]。近年來，地球物理方法在防滲墻質量檢測中已逐步推廣使用并取得了較好的應用效果。如徐建國等[2]使用高密度電法對高聚物防滲墻進行檢測，可判定墻體缺陷的具體位置。莊史彬利用自然電位法檢測基坑滲漏，證實自然電位法是一種輕便、快速、成本低、有效的檢測滲漏方法，但同時指出檢測結果受工業游散電流影響較大 [3]。劉靜等[4]通過實驗確定了巖土體中水的滲流導致自然電位先上升后下降的特征。趙培龍[5]、郭慶華[6]等利用超高密度電阻率CT成像法檢測連續墻的滲漏情況，并取得了較好的探測效果，但該技術在探測未知滲漏位置時具有盲目性。江曉益[7]利用并行電法對大壩滲漏進行了探測研究，結合實際地質情況可對大壩滲漏位置進行準確判定。楊良權[8]、葛雙成[9]、林江[10]、朱冠宇[11]、舒連剛[12]等利用地震映像、高密度電法、偽隨機流場法和地質雷達等綜合物探的方法對防滲墻進行檢測，并取得了一定的探測成果，但探測結果易受庫水位、金屬干擾等影響。董亞[13]等利用地震映像法對防滲墻質量進行了檢測，通過同向軸的連續性判定防滲墻的完整性，該方法需要揭露防滲墻墻頂，實際探測時受到一定的制約。趙祥[14]、杜愛民[15]等利用彈性波CT檢測塑性混凝土防滲墻的連續性和完整性。郭成超等[16]利用高密度電法確定了防滲墻的完整性和缺陷位置，但效果受地面現場條件、電極極距、裝置類型等因素影響較大。雷衛佳等[17]利用高密度電阻率法進行防滲墻底界面的動態測試，在新干航電樞紐防滲墻檢測中取得了一定的效果，可確定防滲墻的深度和完整性等信息。

可以看出，以上物探方法在對防滲墻全線快速無損檢測中具有一定的局限性，在不同的環境條件受到如枯水期、豐水期、地面土體擾動、墻體內金屬干擾等影響較大，不可普遍適用。本文通過電阻率對比法先對防滲墻進行普查[17]，再在有異常區段的防滲墻兩側施工鉆孔，利用孔間電阻率CT成像或自然電位法對異常區域進行精確定位，分析此種方法對防滲墻進行滲漏檢測和隱患定位的可靠性和適用性。

1防滲墻隱患的快速普查技術和定位技術

1.1快速普查技術

防滲墻滲漏隱患快速普查技術具體做法為：① 在防滲墻背水坡一側布置一條電法測線，測試一組高密度電阻率背景值;② 在迎水坡一側布置一個鉆孔，鉆孔深度與防滲墻深度一致，鉆孔采用非金屬管花管（如PVC花管）護孔，鉆孔完成后在孔中注入飽和鹽水，并保持水頭與地面持平;③ 鉆孔灌注鹽水3～5 h后，在背水坡測試背景電阻率的電法測線相同位置再進行一次高密度電阻率測試，通過前后電阻率差值與背景電阻率相除，確定電阻率變化率λ（見圖1）。若λ變化較大，判定此處為滲漏區域。

1.2防滲墻缺陷位置精查方法

（1） 電阻率CT測試技術。

電阻率CT法是一種把電極放入鉆孔內進行測量的直流電阻率物探勘察方法，探測深度主要由測線的長度控制，由于電極布置于地下，傳感器離目標體更近，可有效減少地面電法測量的各類干擾，提高了勘探精度。目前電阻率CT技術廣泛應用于巖溶、孤石的探查[18-19]。由于防滲墻為混凝土結構，它相對于兩側的土層來說是一個高阻屏蔽層，防滲墻墻體的裂隙、孔洞等缺陷位置是電場穿過防滲墻的良好通道（見圖2），在電阻率CT剖面中表現為低阻特征，通過穿透防滲墻墻體的低阻異常區位置來確定防滲墻的隱患位置。

（2） 自然電位法測試技術。

自然電位法中存在“過濾電位差”是由于巖土體空隙具有對水體攜帶的負離子進行選擇性吸附的作用，由于負離子被巖石孔隙吸附，沿著水流方向電位升高，在防滲墻滲漏檢測中，利用電阻率CT的鉆孔，通過一個鉆孔加壓注入鹽水，另一個鉆孔檢測自然電位，通過電極自然電位的變化來確定隱患位置。理論上來說，水流通過裂隙到達防滲墻另一側后會繼續下滲，靠近滲漏點位置的自然電位會發生變化，無水流滲透區域自然電位不變。

2電阻率CT滲漏隱患探測數值模擬

為確定電阻率CT方法對防滲墻中的微小缺陷的響應程度，進行了數值模擬，數值模擬模型參數設置見表1。

如圖3所示，兩鉆孔距防滲墻分別為2 m，孔內各32個電極，電極間距0.5 m，先進行完整防滲墻模型的電阻率CT模擬作為背景，再進行加入裂縫異常后模型的電阻率CT模擬，裂縫中心位置在深度9 m位置，2次模擬結果見圖4。

由數值模擬結果可見，背景模型中在橫向X=2 m處電阻率呈閉合的長條狀分布，與實際模型中防滲墻位置及形態一致;墻體中加入一小尺寸的“裂縫”后，模擬結果圖中在墻體深度Z=-9 m處出現較大的一低阻異常區，見圖4（b），該低阻異常區貫穿防滲墻的高阻條帶，可見，電阻率CT對高阻防滲墻中的較小低阻區較為敏感，反應明顯。

3工程實例應用

3.1工程背景

在江西上高保豐水庫擴建工程中，水庫堤壩周邊施工了塑性混凝土防滲墻。壩區地質條件簡單，根據鉆孔資料可將地層從上到下劃分為礫質壤土、局部夾礫質黏土0～-5.0 m、含少量礫的黏土-5.0～-6.5 m、殘坡積黏土、壤土及礫質壤土-6.5～-14.0 m、強風化砂巖-14.0 m～-16.0 m，其中防滲墻底界埋深16 m。應業主方要求，需對2段（4號副壩和5號副壩）防滲墻進行滲漏隱患探查，確定防滲墻的連續性。采用電阻率對比法進行快速普查，在普查結果有異常區域進行鉆孔電阻率CT和自然電位法的精查。

3.2現場布置

如圖5所示，4號副壩和5號副壩的防滲墻深度分別為16 m和18 m，墻底位于基巖面，分別在壩頂部的背水坡防滲墻一側各布置一條電法測線，并在迎水坡一側距防滲墻1 m處施工兩鉆孔，其中4號副壩兩鉆孔分別為ZK1和ZK2，5號副壩兩鉆孔分別為ZK4和ZK5。普查測線具體參數見表2，加注鹽水時保持鹽水水頭高度不變（見圖6），采用快速檢測法對防滲墻進行普查。

3.3快速檢測結果

圖7和圖8分別為4號副壩和5號副壩的快速普查檢測結果。4號副壩在ZK1、ZK2鉆孔注入鹽水前后，高密度電法實測視電阻率值分布趨勢一致，大小無明顯改變。通過注入鹽水前的實測視電阻率值與注入鹽水后的實測視電阻率值的相對變化率成像分析（見圖7c）可見，檢測段內在注入鹽水前后，ZK1鉆孔附近深度Z=-6.0～-12.0 m范圍內電阻率變化較大，變化率為6%～20%，推測4號副壩墻體在橫向X=15.0 m，深度Z=-6.0～-12.0 m段存在缺陷，5號副壩兩鉆孔ZK4、ZK5注入鹽水前后電阻率值基本沒有變化，且比值剖面中僅在淺表Z=-1～-2 m范圍內的變化大于0.1，可理解為鹽水從防滲墻墻頂滲流導致，推測5號副壩墻體不存在滲漏隱患。

3.4精探方法及結果

在4號副壩ZK1鉆孔位置防滲墻的另一側，距墻體1m處另施工一鉆孔ZK3，鉆孔深度18 m。

（1） 自然電位法數據采集。

保持ZK1鉆孔中鹽水的水位高度不變，在ZK3中放入電法測線，共32道，間距0.5 m，孔底電極為1號電極，設置自然電位數據采集時間間隔為5s，連續采集32組數據，所得自然電位曲線見圖9。由圖9可見，自然電位數據在20～26號電極處有波動變化，說明此處有滲流活動，進一步可推測滲流點應為20～26號電極，即深度Z=-3～-4 m處。

（2） 電阻率CT探測。

分別將電法測線放入ZK1和ZK3兩鉆孔中進行電阻率CT數據采集，兩鉆孔中分別放置32個電極，電極間距0.5 m，將數據進行反演處理，得到圖10。圖中顯示電阻率值分布在40～800 Ω·m，呈中間連續高阻特征，為防滲墻墻體高阻反映，在ZK1和ZK3電阻率剖面圖深度Z=-3～-4 m處有一低阻條帶貫穿墻體，電阻率值小于320 Ω·m，由此推測，在深度Z=-3～-4 m處有隱患通道。此結果與自然電位結果吻合。

3.5驗證情況

綜合電阻率對比法、自然電位法以及電阻率CT法的探測成果可知：4號副壩在橫向X=-5～-15 m，深度Z=-3～-4 m范圍的防滲墻存在滲漏隱患;5號副壩防滲墻在注鹽水前后變化較小，表明該段防滲墻完整性相對較好。為驗證探測成果的可靠性，在鉆孔ZK1和鉆孔ZK3之間的防滲墻部位進行鉆孔注水實驗，試驗段深度Z=-1～-5 m段滲透系數4.5×10-3 cm，表明該段防滲墻屬于中等透水，與探測結果基本吻合;后期對不同庫水位下的壩腳滲流情況進行長期觀測，結果均未發生異常滲流現象。驗證情況表明，該組合檢測方法在實踐應用中成果可靠，有效彌補常規檢測手段的不足，具有較強的適用性。

4結 論

（1） 電阻率對比法的快速檢測手段是通過人為制造水頭差并加注鹽水，利用同一測線的兩次探測結果差值與背景值相除，可快速發現檢測范圍內防滲墻墻體存在的滲漏隱患區域的橫向位置和范圍，相比于傳統的鉆孔法及傳統物探檢測方法具有明顯的優勢。

（2） 數值模擬和現場實際探測結果表明，電阻率CT法對墻體內存在的裂縫等可導通防滲墻兩側的隱患具有很高的靈敏度，是檢測墻體裂縫、空洞等隱患的有效方法。

（3） 通過自然電位法和電阻率CT法對快速檢測結果中發現的異常位置進行精細探查，可準確查明缺陷的縱向位置，兩種方法在結果上具有一致性，相互驗證，成果可靠。

（4） 通過高密度電阻率對比法快速普查，結合自然電位及電阻率CT方法的精細探測方法，可準確判斷防滲墻墻體的施工深度和隱患位置，具有由簡再繁、循序漸進、無損高效、成果可靠的特點，符合探測實際過程。同時該組合方法不受庫水位和壩體內金屬等因素干擾，具有較強的適用性。

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（編輯：胡旭東）

Abstract：In order to quickly and effectively determine the depth and continuity of the cutoff wall，and accurately locate the possible defects such as cracks and voids，it is necessary to find a more rapid and general detection method.In this paper，the resistivity contrast method was used for rapid detection，and the possible defect transverse area of the wall was found.Then，the resistivity CT method or the spontaneous potential method in the hole was used to accurately locate the abnormal position in the suspected abnormal area.The numerical simulation results of resistivity CT method show that resistivity CT has strong sensitivity to the defects of cutoff wall.At the same time，the combined method is less influenced by the reservoir water level and the ground detection conditions，and has strong applicability，which can provide a basis for the determination of engineering quality.

Key words：cutoff wall;rapid nondestructive detection;location technology;resistivity CT method;spontaneous potential method;numerical simulation