水利工程防渗墙质量检测实例分析

赵庆璋

摘要：防渗墙是水利工程中较普遍采用的一种地下连续墙，是治理水库大坝的加固工程中的设计与施工问题最为有效的方法之一。随着水利工程的迅速发展，对水库大坝的防渗墙的质量越来越重视。本文结合工程实例，阐述了防渗墙的质量检测的方法，确保了防渗墙工程的质量。

关键词：水利工程；防渗墙；施工；质量隐患；质量检测

近几年，随着防渗墙施工工艺技术的成熟和施工工具的不断改进完善，将防渗墙用于水库大坝的加固设计，已经成为水库加固工程的重要方法，而且以往的经验数据告诉我们，防渗墙在土石坝加固中的应用成果是可喜可贺的。但防渗墙种类繁多，属于地下隐蔽工程，施工技术较复杂，施工过程中受外界环境条件影响较大，质量控制难度较大，而防渗墙施工工程关系到社会的安稳、人民群众的生命安全。因此，如何通过检测防渗墙质量，确保防渗加固工程的质量具有重要意义。

1防渗墙质量检测的必要性

一般来说，不同施工工艺，不同类型的防渗墙会产生不同的质量问题。高喷灌浆防渗墙由于坝体下部土压力较上部大，易产生上粗下细，厚度不均匀的水泥灌浆固结体，同时也会出现墙体搭接不良、成墙不连续、离析、夹泥、空洞、蜂窝等质量隐患。混凝土防渗墙（塑性和刚性）主要质量问题有：不同施工槽段接合不好，墙体连续性差，墙体底部沉渣过厚，墙体嵌入基岩深度不够，墙体夹泥，离析、蜂窝，浇注不连续而产生裂缝。同时，防渗墙施工过程中，混凝土是泥浆下浇注，容易出现塌槽、墙体含泥量大等质量隐患。深层搅拌水泥土防渗墙可能出现的主要问题是墙体搭接不良，出现开叉，墙体连续性差，墙体搭接处厚度偏小。因此，防渗墙质量检测中需要关注的重点问题有：①墙体厚度，特别是墙体下部的厚度；②墙体搭接，墙体开叉、夹泥、蜂窝、空洞；③施工槽段间墙体接缝处夹泥，浇注不连续引起的水平横缝；④墙体渗透系数，沉渣厚度。

堤坝防渗墙的质量对于坝体的防渗及稳定具有重要的影响，由于防渗墙施工过程中可能存在上述质量隐患。因此，如何对修建好的防渗墙进行有效的质量检测，及时探测墙体中的潜在质量隐患，对于水库的竣工验收和安全运行具有重要的意义。

2 防渗墙质量检测的方法

2.1 地质雷达探测原理及方法

地质雷达利用高频电磁波（106-109Hz或更高）以宽频带短脉冲形式，通过发射天线送入检测介质，通过电磁脉冲在地下介质交界面上的反应特征来反映地下地质情况。由于不同介质的介电常数和导电性能的差异，雷达天线发射的电磁波一部分能量被界面反射折向地表，被接收天线接收；另一部分能量透过界面继续向下传播，在更深的交界面上被反射回地面，直到能量被完全吸收为止。这样，就可在某个测点上得到随时间变化的一组反射电磁波。当发射天线和接收天线以固定间距，同时沿测线移动时，可以得到沿某一测线上反映地下介质分布的地质雷达图像。通过分析反射波的到达时间、幅度和相位变化研究介质内部结构的分布规律。

一般来说，目前常用的双天线地质雷达主要采用3种观测方式：反射观测方式（剖面法）、共中点法（宽角法）、透射观测方式。实际探测时，应根据目标体的特点，选择合适的探测方法。

2.2 超声波透射法探测原理及方法

混凝土和其它各向同性的均匀介质不同，是由多种材料组成的多相非匀质体。当混凝土无缺陷时，混凝土是连续体，声波在其中传播的速度是有一定范围的；当传播路径遇到混凝土有缺陷时，如断裂、裂缝、空洞、夹泥和离析等，混凝土连续性中断，缺陷区与混凝土成为界面，声波在这界面上发生反射、散射与绕射，声波将发生衰减，造成传播时间延长，使声速增大。声波透射法就是利用超声波在混凝土中传播的这些声学参数的变化，来分析判定墙身缺陷的程度并确定其位置。

防渗墙声波测试一般采用钻孔声波测井和跨孔声波测试进行检测，测试方法如图1所示。钻孔声波测井时使用一发双收换能器。在发射换能器发射脉冲声波，利用井液耦合，取得沿防渗墙钻孔壁传播到达两个接收换能器的走时T1、T2。然后根据声波走时T1、T2和两个接收换能器的距离长度L计算其纵波速度。跨孔声波测试利用井液(水)耦合分别在2个钻孔中，利用换能器一发一收测得声波在防渗墙中的走时读数T，再根据钻孔的水平距离计算防渗墙体的纵波速度Vp。根据测定的声学参数（声速、波幅、斜率法的PSD值）综合判断墙体中存在的质量缺陷。

图1声波测试图

3 防渗墙质量检测工程实例

3.1 工程概况

某水库的大坝采用塑性混凝土防渗墙，墙体设计强度2.0-5.0MPa，墙体设计渗透系数≤1×10-6cm/s，弹性模量≤1500MPa，设计厚度为60cm，墙体深度嵌入弱风化基岩0.5-1.0m。

3.2 检测方法及标准

在防渗墙质量检测工作的经验基础上，通过不断探索和改进，形成了一套可行的探测方法。首先采用地质雷达对墙体进行大范围隐患普查，分析探测结果，在可疑的部位有针对性地布置钻孔，结合钻孔取芯、注水试验和声波透射等综合检测技术来分析防渗墙的质量隐患。检测标准参照《建筑基桩检测技术规范JGJ106-2003》《水利水电工程物探规程SL326-2005》。

⑴地质雷达探测

采用加拿大EKKO系列探地雷达系统，系统配置了多种频率的天线，本次探测主要选100MHz和50MHz的天线，测点间距为0.5m。沿防渗墙轴线平行布设水平测线,垂直防渗墙轴向布设垂直测线，形成的纵横测网可基本控制整个防渗墙的分布。将获取的地质雷达数据进行一系列的处理分析，由地质雷达探测结果可知，雷达探测剖面上多次反射信号明显，反射信号的振幅较大，相位较连续，左、右坝肩部位墙体与基岩面分界面较清晰，坝顶路面混凝土与防渗墙顶部覆盖的填土界面清晰，分层明显。

为验证地质雷达探测方法的有效性和可靠性，在左坝肩布设了一个钻孔，对比分析钻孔编录成果与地质雷达探测结果，可知：地质雷达对防渗墙浅部的探测较为准确，对坝顶混凝土路面及防渗墙体顶部上覆填土厚度的探测精度较高，误差小于0.2m。对于深度为10m的防渗墙，使用地质雷达探测其深度的偏差小于0.5m。

⑵地质钻孔并结合声波透射法

采用地质雷达对大坝防渗墙进行隐患普查后，分析探测结果，对局部相位不连续，出现异常分界面的部位布设钻孔，取芯并进行注水试验和采用RSMSY-5型声波检测仪进行声波测试。钻孔取芯法能直观地通过钻取的芯样，分析墙体中存在的夹泥、夹渣、离析、胶结不良、浇注不连续形成的裂缝等质量缺陷。

图3 ZK3 声波测试结果

跨孔声波测试时，分别在相邻不同施工槽段布设钻孔，以检测槽段间接缝情况。单孔一发双收声波测试时，数据采集间隔为0.2m。跨孔声波透射时，数据采集间隔为0.5m。测试时，先进行平测普查，并对可疑的测点进行加密平测，确定异常部位的纵线范围，再利用斜测进一步探测，综合平测和斜测的结果，判断墙体质量。根据声波探测结果图2可知：ZK3在孔深14.6m处波速突然减小，振幅也突然减小，声速值明显低于正常塑性混凝土的声速值，与粘土的声速值较为接近，可判断该测点防渗墙体夹泥；孔深19.0-21.0m，测点的声速整体减小，且均低于正常塑性混凝土的声速，与强风化岩石的波速基本相当，说明该测段为防渗墙体与基岩接触带。这与现场钻孔取芯的情况相符。由声波测试结果图3可知：ZK2孔深16.0m处，墙体夹泥。ZK6孔深15.0m处为墙体与基岩的分界面。声波测试反映的墙体质量问题与现场钻孔取芯的情况均相符合，这也验证了声波测试方法的有效性和可靠性。

图4 跨孔声波测试结果图

4 结语

总而言之，我国在水利工程加固防渗墙方面的技术尚未成熟，很多设计方面的计算不够规范，加上防渗墙施工技术较复杂、质量控制难度较大，因此，针对防渗墙的施工质量检测还是非常有必要的。随着科学技术的发展，防渗墙质量检测技术方法，将会不断的完善。

参考文献

[1] 陈学礼，水库除险加固工程混凝土防渗墙质量检测与成果分析[J]治淮，2009.06

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。