截渗墙物性特点及无损检测技术要点分析

截渗墙物性特点及无损检测技术要点分析

截渗墙质量检测方法研究系列报道之一

徐长顺

（安徽省水利水电勘测设计院，安徽蚌埠 233000）

摘要本文简要介绍了截渗墙的物性特点，对截渗墙质量无损检测两大类方法即：电法类和弹性波类进行了分析、对比，通过方案比较选择电法类方法，根据截渗墙的物性特点，对该方法野外数据采集上进行改进、刷新，最大限度的增大截渗墙体的信息含量，对采集数据进行一次性微分处理变换成电反射系数K，能有效的放大截渗墙缺陷异常；并对电位测深方法进行了介绍。

关键词截渗墙物性特点电法类法弹性波类法同侧排列K剖面法电位测深法要点分析

1前言

在河道堤防及病险水库大坝除险加固工程中，防渗加固是关系到工程安全的重要措施，截渗墙是用于工程截渗的重要手段。目前，截渗墙的种类较多，但在水利水电工程中应用较多的是：高喷截渗墙、多头小直径搅拌水泥土截渗墙、混凝土截渗墙及垂直铺塑截渗墙，它们起着防止或隔离地下水、抗滑等特殊作用，在工程建设中应用较广；由于截渗墙属于地下隐蔽工程，其施工受各种各样客观和主观因素的制约，难免存在不同程度的质量问题，因此截渗墙的施工质量检测就显得特别重要；检测内容主要是：截渗墙的连续性、截渗墙的有效深度、截渗墙的渗透系数及墙体强度等。据有关最新资料介绍，目前截渗墙的质量无损检测仍存在一定的难度，国内外尚无成熟的检测方法，对截渗墙的质量检测主要是采用开挖检测、钻孔取芯检测和围井注水检测等；但是这些方法都带有很大的局限性，不能客观、全面的反应截渗墙的整体工程质量，为此，开发新的无损检测方法是当前工程质量检测人员的当务之急。

2 截渗墙的物性特点

截渗墙的物性特点是截渗墙的功能与施工工艺决定的，研究它的物性特点是为了寻求、探讨一个行之有效的无损检测技术方案，然后再进一步深入研究、试验，避免在开发新技术上的盲目性造成不必要的经济损失，截渗墙物性一般具备以下两大特点。

2.1 截渗墙是一个直立的（与地面交角为900）、薄板状（一般厚度20～40㎝）、向两方为无限延伸（相对深度而言）的连续墙体，除垂直铺塑截渗墙外，其它截渗墙均掺入一定量的水泥。

2.2 截渗墙一般在第四系地层中施工，目的是起到防渗作用，其水泥的掺入量较少（多头小直径搅拌桩水泥土截渗墙水泥掺入比一般10～15%），因此，截渗墙墙体的电阻率、弹性波速相对围岩为高电阻率和高波速，但是与围岩的电性差异均较小。

探讨截渗墙的无损检测技术方案，应紧密围绕截渗墙两大物性特点，研究现有各种方法的理论应用前提、应用条件、检测效果等，保证研究工作的顺利进行。

3常规无损检测技术要点分析

截渗墙无损检测的成败与否，与以下两大因素密切相关：①墙体与围岩之间要有一定的物性差异，一般情况下物性差异越大，检测效果越好，否则，效果就差，甚至无效果；②在一定的检测深度范围内墙体体积要占有一定的比例，一般情况下墙体体积占有率越大，其效果越好。电法类和弹性波类检测方法是目前常用的两大方法，根据截渗墙的物性特点作如下分析。

3.1常规电法类检测技术要点分析

众所周知常规电法类检测具有体积效应，作者根据多年的工作经

验推导出在有效检测范围内墙体体积占有率计算公式（推导过程略）：

t

V（%）≈0.749———×100%

h

V—墙体占有率t—墙体平均厚度h—检测有效范围深度从以上推导公式可看出，墙体占有率与墙体的厚度成正比，与有效检测深度h成反比，其墙体厚度是一个不变的数值，因此墙体占有率是一个动态变化的数值，随着检测有效深度的增大，墙体占有率也随之变小，作者以墙体厚度0.2m为例进行统计计算，结果见表一。

表一常规电法类检测墙体占有率统计表

从表一可明显的看出,检测有效深度为5m时,其墙体占有率仅3.0%,随着检测有效深度的增加墙体占有率逐渐变小, 检测有效深度为30m时,其墙体占有率仅0.5%,因此,常规电法类检测到的电阻率信息应是第四系地层电阻率信息起主导作用，截渗墙墙体所引起的微弱信息完全被覆盖,对于一定深度内截渗墙的缺陷引起的异常更是无能为力，因此，常规类电法在截渗墙质量检测中既不能解决截渗墙的

连续性，也不能解决墙体的施工深度，不能用于截渗墙质量检测。

3.2、弹性波类检测技术要点分析

由于岩土层的弹性性质不同，弹性波在其中传播速度也有差异，弹性波类正是利用这种差异来解决有关地质及截渗墙质量问题；该方法在检测过程中，无论采用什么震源或采用什么方式激发，弹性波（纵波V P）在墙体和围岩中同时传播，由于墙体的弹性波速度与围岩的弹性波速度差异较小，墙体较薄，加之旁侧影响干扰，完全掩盖了微弱的墙体信号，因此，所接收到的信号应是第四系某一个地层界面的反应；声波对穿法和弹性波CT法虽然检测精度较高，但是必须借助钻孔测试，检测范围小，造价高，不能满足全面检测和随机抽样检测的要求，而且有些截渗墙因墙体较薄无法施工钻孔（如高压定喷和高压摆喷截渗墙）；同样，常规的弹性波方法在截渗墙质量无损检测中既不能解决截渗墙的连续性，也不能解决墙体的施工深度，不能用于截渗墙质量检测。

从以上截渗墙常规无损检测技术要点分析表明，常规的检测方法不能直接运用于截渗墙质量检测，要取得好的检测效果就必须根据截渗墙的物性特点，对有可能运用于截渗墙质量检测的方法进行改进、创新，使之适应截渗墙物性特点的检测要求。

4 同侧排列电反射系数K剖面法、电位测深法检测技术要点分析

近几年来根据截渗墙的物性特点和电法检测、弹性波检测方法的局限性，结合截渗墙的工程特点及检测要求研究表明，截渗墙的物性特点是无法改变的客观事实，要取得有效的检测效果，就必须在测试

方法上进行改进、创新。因此，对有可能用于截渗墙质量检测的方法，从理论应用前提、应用条件、方法的有效性及局限性、检测效果等进行排队、对比、分析、研究，从中筛选出有利的方法，再进一步从技术上深入研究、改进、创新，使之能够满足截渗墙质量检测的要求， 图1是截渗墙质量无损检测方案对比图。 图1 截渗墙无损伤检测方案对比图

电位测深法同侧排列电反射系数K 剖面法电阻率法地质雷达法波 速 法应用前提：截渗墙与围岩介质存在弹性差异直 达 波直 达 波反 射 波借助钻孔测试，精度高，但频率高，能量衰减快，检测范围小，造价高。借助钻孔测试，精度高，但局限性大，不能满足全面检测和随机抽样要求，造价高。必须在墙体上检测，受激振能量、激振频率及仪器限制，检测深度受到限制，处于定性分析阶段。根据波速进行

解释

根据反射波走

时进行解释

应用前提：截渗墙与围岩介质存在电性差异对截渗墙顶发射电磁波在截渗墙顶供直流电在截渗墙一侧供直流电在截渗墙顶部中心部位近垂直墙体供直流电电磁波在粘土中衰减快，在含水量高或遇有地下水时，穿透能力会更小,一般不能用于截渗墙检测。体积效应明显，分辨率较低，对一些埋深较大的隐患会造成漏检。缺陷明显，解释简便、直观，不受深度限制，但要求对检测地形起伏不能过大检测截渗墙的底板深度，反应明显、直观，不受深度限制。根据反射波的强

度、特征及连续

性进行解释

根据电阻率曲

线进行解释根据电反射系数剖面图进行解释根据电阻率曲线变化特征进行解释声波对穿法弹性波CT法反射波法截渗墙质量

无

损

伤

检

测根据波速进行

解释

从图1可以看出，其中同侧排列电反射系数K 剖面法、电位测深

法应用于截渗墙质量检测最为有利，下面特对这两种检测技术要点进行分析。

4.1同侧排列电反射系数K 剖面法

为了更好的理解同侧排列电反射系数K 剖面法，首先要来了解电法类供电时电流在地下运行的特点及遵循的规律，根据场论得知应遵循以下规律：①在电源的作用下为同性电荷有规律的运移并充满整个半无穷空间，②电流有趋肤效应，③电流宜走直径、低阻，④电流因为同性电荷相互排斥。根据以上电流在地下运行的特点及遵循的规