垂直鋪塑防滲帷幕特性及質(zhì)量檢測(cè)

（新疆額爾齊斯河流域開(kāi)發(fā)工程建設(shè)管理局）

垂直鋪塑防滲帷幕特性及質(zhì)量檢測(cè)

□李銘杰

（新疆額爾齊斯河流域開(kāi)發(fā)工程建設(shè)管理局）

垂直鋪塑防滲帷幕作為水利水電工程堤壩防滲的一種新技術(shù)，經(jīng)過(guò)幾十年的不斷探索與改進(jìn)，該技術(shù)日臻成熟。文章使用垂直鋪塑防滲帷幕質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)方法是：沿防滲膜兩側(cè)布設(shè)兩排電極，保持對(duì)應(yīng)電極的連線與防滲膜垂直，一側(cè)供電，另一側(cè)進(jìn)行測(cè)量，完成后改變電極與防滲膜的布設(shè)重新測(cè)量（掃描測(cè)量），得到防滲膜分布位置的視電阻率分布剖面。結(jié)果表明，該種無(wú)損測(cè)量方法既能保證工程的完整性，又能全面快速獲取防滲帷幕埋深、搭接質(zhì)量、破損位置等參數(shù)，具有很大的優(yōu)越性。

垂直鋪塑防滲帷幕；防滲膜；質(zhì)量檢測(cè)

0 引言

垂直鋪塑防滲帷幕在水利水電工程中的應(yīng)用日益廣泛，該技術(shù)主要通過(guò)開(kāi)槽機(jī)械，在防滲線開(kāi)挖固定尺寸的溝槽（寬度為0.15～0.30 m、深度≤20 m），并利用泥漿護(hù)壁，通過(guò)人工將輔助機(jī)械置入槽內(nèi)土工膜，并利用砂土回填，以形成防滲膜+泥漿的防滲體。該技術(shù)既可以充分利用防滲膜的隔水性能，又充分利用了防滲體的柔性，整體性好，防滲效果優(yōu)，且施工簡(jiǎn)便、適應(yīng)性強(qiáng)。垂直鋪塑防滲帷幕施工中，必須保持開(kāi)槽和鋪塑速度一致，若兩項(xiàng)工作速度不一致，則會(huì)引起塌坑和防滲膜卷底，甚至?xí)霈F(xiàn)砂礫層劃破防滲膜，防滲膜接縫處接合不緊密等現(xiàn)象。諸如此類的隱患必須及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和處理，如遇地下水位上漲，水頭壓力便會(huì)在防滲膜破損部位集中，進(jìn)而造成集中滲漏，導(dǎo)致垮壩，這充分說(shuō)明，防滲膜如果布設(shè)不當(dāng)反而會(huì)成為堤壩隱患。

當(dāng)前，常用的垂直鋪塑檢測(cè)方法是測(cè)壓管法、施工中堤壩內(nèi)外水位觀測(cè)判斷法及大開(kāi)挖直接觀察法。前兩種方法屬于宏觀定性檢測(cè)法，對(duì)防滲膜鋪設(shè)中可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題檢測(cè)不全面；第三種方法屬于微觀定量檢測(cè)法，能較全面、具體地檢測(cè)防滲膜鋪設(shè)問(wèn)題，但是受到地下水位限制，經(jīng)濟(jì)性、安全性較差。所以尋找一種既能檢測(cè)垂直鋪塑防滲膜施工質(zhì)量，又能對(duì)其運(yùn)行情況進(jìn)行全面檢測(cè)的方法就顯得尤為重要。

1 垂直鋪塑防滲帷幕物理力學(xué)特征

1.1 防滲帷幕對(duì)靜電場(chǎng)的影響

1.1.1 室內(nèi)數(shù)值模擬試驗(yàn)

為了探明防滲膜對(duì)靜電場(chǎng)的影響程度，根據(jù)靜電場(chǎng)理論并結(jié)合有限元法通過(guò)地電模型進(jìn)行室內(nèi)數(shù)值模擬。通過(guò)利用溫納裝置測(cè)量所得電阻率剖面圖（圖1）可以看出，存在防滲膜的情況下，靜電場(chǎng)的分布規(guī)律受到干擾，且在防滲膜位置出現(xiàn)了明顯的高阻異?，F(xiàn)象。

圖1 利用溫納裝置測(cè)量所得電阻率剖面圖

1.1.2 防滲膜影響靜電場(chǎng)的物理本質(zhì)

運(yùn)用在均勻地層埋設(shè)防滲膜且通過(guò)等效原則予以簡(jiǎn)化的地電模型（圖2）以探究防滲膜影響靜電場(chǎng)的物理本質(zhì)，防滲膜類似于電阻率無(wú)窮大的高阻薄板。

圖2 防滲膜簡(jiǎn)化模型圖

圖2中，電源A和A1分別在垂直分界面左右兩側(cè)的地層地面，距離分界面的距離均為d，可以利用鏡像法求解電位空間分布的方法求解電阻率為ρ2時(shí)地層中任一點(diǎn)M2的電位U2，公式如下：

可見(jiàn)，當(dāng)ρ2→∞時(shí)，1-K12→0，U2→0。當(dāng)測(cè)量電極橫跨界面兩側(cè)，則此時(shí)△U=U1-U2最大，根據(jù)公式ρ=K×△U/I可知，電阻率達(dá)到最大值。

但防滲膜并不是在地層中無(wú)限延伸，所以U2不可能等于零，只能說(shuō)當(dāng)防滲膜存在時(shí)，△U會(huì)相對(duì)變大，從而導(dǎo)致防滲膜位置高阻的出現(xiàn)。當(dāng)通過(guò)雙排列二極裝置測(cè)量，并在防滲膜一側(cè)供電，另一側(cè)測(cè)量時(shí)，此時(shí)的電阻率是通過(guò)U2計(jì)算的，且低阻異常。總之，防滲膜改變了靜電場(chǎng)分布的性能是利用電阻率分析防滲帷幕對(duì)靜電場(chǎng)影響程度的基礎(chǔ)。

1.2 雙排列電阻率二極快速掃面測(cè)量法

沿防滲膜兩側(cè)布設(shè)雙排電極，并保持電極連線與防滲膜垂直，且防滲膜位于連線中點(diǎn)，通過(guò)智能電纜連接電極并接入采集儀，防滲膜左側(cè)電極為供電極，右側(cè)電極為測(cè)量極。由數(shù)碼信號(hào)操控設(shè)計(jì)測(cè)量過(guò)程，對(duì)由電極和無(wú)窮遠(yuǎn)極所形成的回路供電，并對(duì)測(cè)量回路進(jìn)行電位測(cè)量，測(cè)量完畢，改變供電極排列順序和測(cè)量電極位置進(jìn)行第二組電位測(cè)量，這樣連續(xù)變更供電點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)所進(jìn)行的若干組次測(cè)量便可完成防滲膜掃描式測(cè)量。

2 垂直鋪塑防滲帷幕質(zhì)量檢測(cè)

2.1 防滲帷幕的異常形態(tài)

在圖3中，40個(gè)電極的排列間距及其與防滲膜的距離均為20 cm，測(cè)量層數(shù)8層，將所采集的數(shù)據(jù)按照?qǐng)D3構(gòu)成電阻率剖面圖。從圖中可以看出，雙電極排列對(duì)防滲膜具有很強(qiáng)的反映能力，在防滲膜埋深較大的區(qū)域內(nèi)視電阻率剖面低阻區(qū)具有很深的縱向深度，而埋深較小的低阻區(qū)縱向深度較淺，且在防滲膜接縫處出現(xiàn)了低阻區(qū)中斷現(xiàn)象。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)布設(shè)圖

2.2 電極排列參數(shù)的影響

為了研究電極排列參數(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響程度，將圖3中電極的排列間距及其與防滲膜的距離均縮小為10cm，測(cè)量層數(shù)增加為15層，反復(fù)測(cè)量所得視電阻率剖面圖可以反映出電極排列間距及其與防滲膜距離的變化并不會(huì)引起防滲膜在視電阻率剖面上形態(tài)的太大改變，只是改變了數(shù)據(jù)層之間的相對(duì)位置，或?qū)訑?shù)相同時(shí)改變探測(cè)深度。

3 實(shí)際應(yīng)用

3.1 工程概況

北疆供水工程屬于典型的以渠道為主的線性供水工程，其中部位于新疆荒漠戈壁灘上，該地區(qū)降水稀少、日照與蒸發(fā)強(qiáng)烈，空氣干燥，氣溫變化劇烈且年較差大，戈壁沙質(zhì)土下墊面氣溫變化劇烈。該供水工程線路跨越三種地層：①剝蝕起伏平原區(qū)，渠線長(zhǎng)178 km，地形高程差在8～20 m之間，地層為泥巖、砂質(zhì)泥巖夾薄層砂巖和粒巖，砂質(zhì)泥巖具有弱～中弱膨脹性，部分膨脹性中強(qiáng)；②風(fēng)成沙漠區(qū)，長(zhǎng)158 km，由起伏不平的沙隴沙丘組成，中細(xì)～中粗砂層厚度為150～250 m；③細(xì)土平原區(qū)，長(zhǎng)55 km，地形開(kāi)闊，局部為半荒漠區(qū)，大部分為農(nóng)田區(qū)。

3.2 測(cè)線布置與測(cè)驗(yàn)結(jié)果

按照?qǐng)D4進(jìn)行測(cè)線形式布置，圖中從上到下依次為：雙排列檢測(cè)裝置（用以對(duì)防滲膜的分布形態(tài)進(jìn)行檢測(cè)）、單排列檢測(cè)裝置（用以對(duì)原始背景場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)）和原始背景場(chǎng)雙排列檢測(cè)裝置。電極之間以及電極和防滲膜之間的距離均為1 m。

圖4 測(cè)線布置示意圖

從測(cè)驗(yàn)結(jié)果看，單排列原始背景檢測(cè)裝置和雙排列檢測(cè)裝置測(cè)試結(jié)果具有十分相似的異常特征，都從不同程度反映了原始地層的情況。雙排列背景場(chǎng)防滲膜檢驗(yàn)結(jié)果異常形態(tài)的變化，反映了鋪設(shè)防滲膜的區(qū)段存在低阻異常區(qū)域，且隨著防滲膜埋深的不同，異常區(qū)域底部呈現(xiàn)波浪形變動(dòng)，其中的高阻侵入則反映了防滲膜搭接不當(dāng)。

通過(guò)變更測(cè)線重新測(cè)量來(lái)檢驗(yàn)探測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性，可以看出，試驗(yàn)段防滲膜存在的視電阻率異常特征與防滲膜所在位置異常特征相同，而原始防滲膜鋪設(shè)段的低阻異常區(qū)域與試驗(yàn)段差異較大，這是由防滲膜埋深不同造成的，可見(jiàn)，單排列所具有的異常場(chǎng)特征完全不同于雙排列。

4 結(jié)論

文章利用單排列和雙排列測(cè)電裝置對(duì)垂直鋪塑防滲帷幕進(jìn)行了快速無(wú)損檢測(cè)，結(jié)果表明，點(diǎn)面結(jié)合可以對(duì)防滲膜進(jìn)行連續(xù)雙排列掃面測(cè)量，且測(cè)量的垂向探測(cè)精度可以高達(dá)95%以上，而對(duì)于防滲膜搭接不良的位置橫向分辨率也能達(dá)到0.10 m，由此測(cè)得的漏洞位置明確，且測(cè)量結(jié)果可以對(duì)防滲膜分布形態(tài)作完整描述。

［1］張?zhí)焐?，垂直鋪塑防滲帷幕在三盛公水利樞紐左岸導(dǎo)流堤防滲處理中的應(yīng)用［J］，內(nèi)蒙古水利，2014（5）：106-107.

［2］宋克明，垂直鋪塑防滲帷幕之地球物理特陛及其施工質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)方法的實(shí)現(xiàn)［J］，水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2008（5）：26-28.

TV543

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1673-8853（2017）04-0057-02

2017-4-25

編輯：趙鑫

李銘杰（1984-），男，工程師，主要從事水利工程運(yùn)管及施工方面的工作。