高密度電阻率法在太子河(夏施堡段)砂基砂堤垂直鋪塑施工質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

孔繁友(遼寧省水利水電科學研究院，遼寧 沈陽 110003)

高密度電阻率法在太子河(夏施堡段)砂基砂堤垂直鋪塑施工質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

孔繁友
(遼寧省水利水電科學研究院，遼寧 沈陽 110003)

針對垂直鋪塑施工質(zhì)量檢測中存在的技術(shù)難題，利用高密度電阻率法對垂直鋪塑施工質(zhì)量進行試驗性探測，分別采用了溫納裝置、電測深裝置和聯(lián)剖裝置進行土工膜埋設(shè)深度和搭接質(zhì)量進行探測結(jié)果對比，分析了高密度電阻率法不同裝置探測對垂直鋪塑土工膜質(zhì)量檢測的效果,結(jié)果表明，溫納裝置和聯(lián)合剖面裝置可有效地檢測出垂直鋪設(shè)土工膜的埋設(shè)深度和搭接情況。

垂直鋪塑;高密度電阻率;質(zhì)量檢測

1 概述

太子河右岸夏施堡砂堤砂基防滲工程，位于燈塔市王家鎮(zhèn)夏施堡村西側(cè)，堤防等級為二級，為燈塔市重點險工段，砂堤砂基段總長為1 227 m。

通過野外地質(zhì)勘察和室內(nèi)土工試驗結(jié)果分析，該堤段主要透水層為細砂、中砂層。細砂層滲透系數(shù)K=5.47×10-3cm/s，為弱透水層，中砂層滲透系數(shù)K=1.08×10-2cm/s，為較強透水層，而且透水層較厚，一般大于5 m，通過對地勘資料計算分析判定，該險工堤段的滲透破壞類型為流土型和接觸沖刷型，允許水力坡降為0.30。現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于太子河整治、多年搶險、當?shù)剞r(nóng)耕作業(yè)等原因，迎水和背水側(cè)表層黃褐色粉質(zhì)粘土夾粉土與粉砂層并不是連續(xù)分布的，局部存在含砂量較大的土層及水坑，不排除與堤前透水層連通。為從根本上消除滲透破壞隱患，設(shè)計采用垂直鋪塑的技術(shù)方案對險工段進行處理。

該工程基礎(chǔ)處理，采用在迎水坡堤腳進行垂直鋪塑的方案，選用厚0.5 mm LDPE土工膜作為防滲材料，防滲深為8.0 m。坡面防滲采用在迎水坡坡面下臥0.8 m，鋪設(shè)400 g/m2復合土工膜的方案，坡面防滲的復合土工膜與基礎(chǔ)防滲的土工膜在堤腳進行連接，形成整體的懸掛式防滲帷幕，垂直鋪塑設(shè)計標準斷面見圖1。砂基防滲主體工程施工采用液壓開槽埋膜設(shè)備。

圖1 垂直鋪塑設(shè)計標準斷面示意(單位：高程m,尺寸mm)

垂直鋪塑防滲工程屬隱蔽工程，現(xiàn)階段質(zhì)量控制以過程控制為主，施工質(zhì)量檢測主要控制開槽深度、埋設(shè)土工膜的長度、搭接長度等，但綜合考慮槽內(nèi)落淤、槽內(nèi)泥漿比重、土工膜配重以及其他不可預見的情況，施工現(xiàn)場過程控制難以達到理想的效果。

2 檢測方法及測點設(shè)計

2.1檢測方法

為更有效地檢測垂直鋪塑施工質(zhì)量，本次探測采用高密度電阻率法，對太子河夏施堡河段砂基砂堤垂直防滲工程試驗段進行了施工質(zhì)量檢測，檢測的內(nèi)容主要為鋪塑埋設(shè)的深度以及土工膜搭接的質(zhì)量。

垂直鋪塑施工后的土工膜類似于分布在地層中的直立高阻體[1]，其電阻率趨近于無窮大、厚度趨近于無窮小，這類高阻防滲體對電流影響極為明顯，故進行防滲膜分布范圍和分布狀況探測(見圖2)，可通過分析比較防滲膜對電流場影響的不同程度，來反映防滲膜的存在狀況[2]。

圖2 視電阻率和地電斷面性質(zhì)的關(guān)系

2.2測點布設(shè)

根據(jù)垂直鋪塑工程設(shè)計的深度、工程布置等技術(shù)特征，探測選用60根電極的電阻率測量系統(tǒng)，按1.0 m電極間距布置，采用直流電源作為供電電源，電壓為270 V。探測采用了溫納裝置、聯(lián)剖裝置、電測深等3種測量裝置進行探測。測線布置分別在下膜后覆土前和覆土后進行探測。累計完成探測剖面34個，總物理探測點2 040個。

3 數(shù)據(jù)處理及分析

3.1數(shù)據(jù)模型建立

將現(xiàn)場采集的高密度電阻率法探測數(shù)據(jù)和控制點高程輸入計算機，采用Rtomo3.11軟件通過對所采集的數(shù)據(jù)網(wǎng)格化、等值線劃分、充填色彩，計算機按照程序自動進行地形改正后，形成二維電阻率值斷面。二維電阻率值斷面經(jīng)過反演計算，自動生成地質(zhì)體斷面，即高密度電法探測反演成果圖。

3.2數(shù)據(jù)分析解譯

1) 測線斜跨土工膜(溫納裝置探測)

土工膜位于第31個電極和第32個電極之間。

現(xiàn)場防滲膜沿迎水面堤腳垂直鋪設(shè)，設(shè)計埋深為8 m。該測線電極排列裝置為溫納裝置，電極間距為1.0 m，測線布設(shè)方向和膜的埋設(shè)方向大致成20°。圖3中1區(qū)的31 m和32m之間的紅色高阻區(qū)對應(yīng)膜的鋪設(shè)位置，可看到膜的整體反映，推斷出土工膜的埋深在8.0～8.5 m之間，垂向土工膜完好，埋設(shè)深度滿足設(shè)計要求。

由于受到土工膜高電阻的影響，產(chǎn)生了2區(qū)和3區(qū)2個低阻異常區(qū)，這個部分異常區(qū)不能反映地層的真實情況，對于數(shù)據(jù)分析沒有意義，可解釋為假象區(qū)。同時，1區(qū)內(nèi)高阻體顯示范圍對于纖薄的土工膜也偏大，可判定為受高阻綜合影響的假象區(qū)，主要是因為土工膜電阻率過高，電流不能順利穿過，只能避開高阻體繞行而導致，但高阻區(qū)的中心正好對應(yīng)土工膜的位置。其他部位為地層的正常反映，未受到土工膜存在的影響。

圖3 溫納裝置反演成果示意

2) 測線橫跨土工膜(電測深裝置探測)

土工膜位于第10個電極和第11個電極之間。

該測線電極排列裝置為電測深裝置，電極間距為1.0 m，該測線與土工膜埋設(shè)方向呈90°。反演成果見圖4，圖4第10和第11個電極之間的高阻異常區(qū)(1區(qū))為土工膜所在的位置，圖4顯示的深度為4.0 m左右，但總體深度反映的不明顯。

3) 坡面覆土斜跨水平探測(溫納裝置和電測深裝置探測對比)

在垂直鋪塑施工完成，坡面覆土碾壓后進行探測。

圖4 電測深裝置反演成果

圖5 溫納裝置反演成果示意

圖6 電測深裝置反演成果示意

圖5和圖6分別為溫納裝置和電測深裝置探測成果，采用電極間距均為1.0 m，測線斜跨土工膜，交角約為15°，土工膜位于第42個電極和第43個電極之間。工程施工完成，土工膜上已經(jīng)覆蓋了厚2.0 m的土，由于受水平和垂直土工膜的綜合影響，產(chǎn)生了與圖3測線不同的異常反映，從圖5數(shù)據(jù)的反演圖中可見，水平部分的土工膜從第15個電極下部開始，埋深在地面以下約為1.5～2.0 m之間，垂直鋪設(shè)的土工膜軸線在第42個和43個電極之間，水平復合土工膜和垂直土工膜的各個邊界可清晰的反映出來。而圖6電測深裝置探測反演成果中各個邊界反映的不是很準確。

4) 聯(lián)合剖面法探測[3]

采用聯(lián)剖裝置對土工膜的埋設(shè)質(zhì)量探測的測線布置見圖7，電極距為1.0 m，電極位于土工膜的一側(cè)，無窮遠極位于另一側(cè)，無窮遠極距離儀器的距離為3倍的供電極距。聯(lián)剖裝置探測數(shù)據(jù)反演成果見圖8。

圖7 測線布置示意

圖8 反演成果示意

從反演圖8可以推斷出，土工膜的埋深為7 m左右，推測圖8低阻異常區(qū)是因土工膜破裂、對電流線的阻擋程度減小而引起，高阻異常區(qū)是因土工膜完整對電流線阻擋程度高而引起，經(jīng)證實該段為兩段土工膜的搭接段，由于施工人員操作不當，引起搭接不良所引起，底部土工膜的埋設(shè)邊界清晰。通過推斷異常結(jié)果與已知土工膜破裂、粘結(jié)不合格、埋置深度不夠等質(zhì)量問題的對比，證明了該方法能夠?qū)Ψ罎B漏土工膜進行施工質(zhì)量檢測。

4 結(jié)語

通過采用高密度電阻率法在垂直鋪塑施工質(zhì)量檢測的試驗分析得出以下結(jié)論。

1) 從取得的電阻率剖面圖上可知：防滲膜表現(xiàn)為一高阻直立異常體，反映了防滲膜的存在改變了靜電場的分布規(guī)律，正常電流線被高阻體所排斥，從而表明了高密度電阻率法對防滲膜埋深的測試具有一定的有效性，探測的深度與設(shè)計深度相符，但由于垂直防滲膜的存在，其對電流場的影響范圍要超過其真實存在的范圍，這樣對數(shù)據(jù)的分析解譯得到精確的探測結(jié)論帶來了一定的困難。

2) 由于聯(lián)剖裝置中設(shè)置無窮遠極，銅電極布置在垂直鋪設(shè)土工膜的另一側(cè)，無窮遠極與銅電極之間由高阻體的土工膜相隔，阻礙了電流，從而為該裝置的探測提供了條件，如果土工膜埋設(shè)有缺陷必然會產(chǎn)生明顯的數(shù)據(jù)異常，該方法能夠清晰地反映出土工膜的埋設(shè)質(zhì)量。溫納裝置相比電測深裝置在土工膜質(zhì)量檢測上應(yīng)用效果較好，能夠比較準確的埋設(shè)土工膜的深度，保證質(zhì)量。

3) 通過對極高阻體的探索性探測試驗取得的數(shù)據(jù)分析，表明地下高阻體對電流的排斥作用明顯，由于電極裝置排列的關(guān)系，直接影響著跨越該高阻區(qū)的其他點數(shù)據(jù)的采集，由于高阻體對電流的排斥作用，在高阻體兩側(cè)會形成一個低阻區(qū)的假象，相反，探測低阻體時，由于低阻體對電流的吸引，會在低阻體兩側(cè)產(chǎn)生相應(yīng)的高阻異常假象，高密度電阻法探測的體積效應(yīng)對數(shù)據(jù)的后處理造成困難，針對不同的情況需要全面綜合的進行數(shù)據(jù)分析，才能得到理想的探測解譯成果。

[1] 郭秀軍.利用雙排列CP電阻率測試技術(shù)進行垂直鋪塑施工質(zhì)量檢測研究[J]. 巖石力學與工程學報，2005(18)：3 266-3 270.

[2] 傅良魁.電法勘探教程[M].北京:地質(zhì)出版社，1983.

[3] 楊發(fā)杰，巨妙蘭，劉全德.高密度電阻率探測方法及其應(yīng)用[J].礦產(chǎn)與地質(zhì)，2004,18(4):356-360.

(本文責任編輯 王瑞蘭)

Application of High Density Resistivity Method to the Construction Quality Inspection for Vertical PE Extending of Sand Dike on Taizi River Xiashibao Reach

KONG Fanyou

(Liaoning Research Institute of Water Resources and Hydropower，Shenyang 110003，China)

High-density resistivity is employed to detect the construction quality of the vertical placing membrane. Devices of Wenner, electrical sounding and combined profile are used respectively to detect the buried depth and lapping of the geomembrane. The results indicate that the situation of buried depth and lapping can be detected effectively by devices of Wenner and combined profile.Key words:vertical placing membrane; high-density resistivity; quality detection

2015-01-30;

2016-10-10

孔繁友(1979)，男，工程師，主要從事水庫除險加固設(shè)計、地質(zhì)勘察工作。

P631.3+22