大堤防渗工程质量检测的几种试验方法

臧光文

（上海勘测设计研究院，上海 200434）

大堤防渗工程质量检测的几种试验方法

臧光文

（上海勘测设计研究院，上海 200434）

针对防渗工程质量检测与评价的复杂性，介绍了几种非常规方法在水库大堤防渗工程质量检测中的试验研究工作：①结合压水试验和注水试验2种方法的特点提出了钻孔压力注水试验；②应用面波和地质雷达等物探方法进行了一系列的无损检测试验。在大量试验基础上，改进了试验设备、完善了试验方法，并取得了可靠的成果，说明试验方法具有一定适用性。

防渗；压力试验；注水试验；面波；地质雷达

1 研究背景

防渗墙对于堤防工程是最为有效的防渗处理措施之一［1］，其质量检测与评价比较复杂，也存在很多困难。目前，防渗墙质量检测主要采用浅层局部开挖、钻孔取样、注水试验，以及常规的室内试验等方法，有时也进行半无损的静力触探或标贯试验。上述方法检测的准确度相对较高，可以对防渗墙各项指标进行定量评价，但也存在费力、费时、费用高，对防渗墙墙体产生或多或少的破损的问题，而且由于检测数量少，只能以点代面进行质量评价等不足。随着防渗墙龄期的增长尤其是施工完成后的几天，水泥土墙体强度增长较快，且现场施工场地有限等原因往往会导致采用半无损的静力触探或标贯试验无法实现。

为较全面、完整、准确地检测大堤防渗工程质量，在采用以上常规检测的基础上进行了一系列诸如钻孔压力注水检测试验和快速、经济、方便、无损的物探无损检测试验。

2 钻孔压力注水检测试验

由于注水试验试验水头较小，对于较深的防渗结构无法分段进行试验等原因，本工程设计要求采用钻孔压水试验对防渗结构进行渗透性能评价。

钻孔压水试验多用于岩基勘察和岩石灌浆等承压能力较大，且具有良好封闭效果的工程中，其能够将较深的岩基或防渗结构工程分段进行原位渗透试验，同时可以选用合适的防渗体试验水头，得到准确的结果［2］。本工程检测试验表明，由于边界条件的不同，常用的钻孔压水方法及设备对水泥土桩的渗透试验有一定的不适用性。问题表现于2个方面：①试验水头较小时，对于渗透系数较小的防渗墙由于渗透量很小，现有的流量计无法精确测量其流量；②要保证现有的流量计能够测量流量则需要较大的试验水头，相应为实现试段密封需要较大的橡皮塞张力，这有可能导致防渗结构破坏。为此，根据试验效果对试验方法及设备进行了一系列的完善与改进，最后发现，人工抬高试验水头的压力注水试验方法比较适用于本工程现场渗透试验。

改进试验装置后的试验水头可任意提高，钻机自带的钢架可以满足一般的设计水头要求，过高的试验水头需要搭建脚手架。某试验孔不同水头的压力注水试验结果见表1。

从表1可以看出，同一试验段多种水头试验结果基本一致，说明试验方法本身比较稳定可靠，可以用来进行防渗结构的渗透性能检测评价。钻孔压力注水试验方法已获得1项实用新型专利：《钻孔压力注水原位渗透试验装置》（专利号：ZL201220271220.4）。

3 物探无损检测试验

防渗墙由于施工工艺及浇筑材料不同，其物理特性也不同。一般情况下，防渗墙与周边介质相比，具有以下特征［3］：

（1）密度差异：一般情况下，防渗墙密度值较大；内部出现质量缺陷时，密度值减小。

表1 同试验段不同试验水头渗透试验结果Table 1 Results of penetration test for the samesection under different water heads

（2）波速差异：一般情况下，防渗墙波速值较大；内部出现质量缺陷时，波速值减小。

（3）电性差异：一般情况下，防渗墙电阻率较大；内部出现质量缺陷时，电阻率减小。

（4）波阻抗差异：一般情况下，防渗墙波阻抗较大；内部出现质量缺陷时，波阻抗减小。

以上4点说明采用物探无损方法对防渗墙质量进行检测具备理论前提，为了克服防渗工程常规检测方法的不足，发展快速、经济、方便、原位无损的检测方法是非常有意义的。

3.1 地质雷达法检测试验

地质雷达工作原理为：高频电磁波以宽频带短脉冲形式，通过发射天线被定向送入地下，经过存在电磁性差异的地下地层或是目标体反射后返回地面，由接收天线接收。通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下界面或地质体的空间位置及结构，当地下不同的介质间存在着电磁性差异时，通过地质雷达探测，可以分辨出地下异常体及存在着的地下地质隐患。

地质雷达检测试验主要在处理深度较浅（8 m左右）的防渗工程上进行。图1为CX9＋300～400m范围防渗墙地质雷达探测剖面图。

图1 CX9＋300～400 m段地质雷达剖面Fig.1 Profiles from CX9＋300m to CX9＋400m by GPR（ground penetrating radar）

该段地质雷达探测剖面可以分3段进行解释：

表2 地质雷达检测试验与常规检测结果对比Table 2 Com parison between GPR testing result and conventional testing result

更多的试验表明：地质雷达可以用来进行处理深度较浅的防渗墙质量检测，具有全面无损、快速经济、方便直观等优点。一般来说，当地质雷达剖面图中雷达波组较多且连续，相应的防渗墙墙体也是连续均匀的，当出现雷达波组错断、能量变弱等不均匀特征时需进行钻孔取芯等常规检测进行验证，以确认防渗墙质量是否能够满足设计要求。

3.2 面波法检测试验研究

面波沿地表传播的速度与波及深度内介质的弹性参数有关，包括介质的密度、压缩和剪切波速度，而主要的影响参数是介质的剪切波速度。按现代瑞雷波勘探技术，当地下含有异常体或异常层位（如地下建筑、空洞、透镜体、管道等），会导致处理得到的频散曲线图出现“之”字形拐点、散点，曲线斜率发生突变等现象，据此也可判断地下异常体的存在。将面波排列依次沿同一方向进行布置探测，就可以得到一条反映地下介质速度分布情况的速度剖面，通过面波速度差异来探测地质体异常区域［4］。

面波检测试验主要在处理深度较深（25 m左右）的防渗工程上进行。

通过大量试验，发现要满足探测深度要求，必须加长排列长度，同时增强震源能量。为解决上述问题，特加工了一套三脚架和60 kg重锤，以改善震源机制。

图2为29＋083～132 m范围防渗墙测试得到的面波波速分布图。面波波速分布图与常规检测对比分析如表3所示。

图2 29＋083～132 m段面波波速分布图Fig.2 Surface wave speed profiles from 29＋083m to 29＋132m

表3 面波检测试验与常规检测结果对比Table 3 Com parison between surface wave testing resu lt and conventional testing result

更多的试验表明：在青草沙水库防渗工程中，对三轴搅拌桩、高压旋喷桩、TRD工法等实施处理的水泥土防渗墙，面波方法均可以用来进行其质量检测，且具有全面无损、快速经济、方便直观等优点。面波波速与水泥土芯样28 d强度之间整体上呈现波速越高、强度越高的现象，由于试验样本有限，本试验尚未得到二者之间精确的相关关系。面波波速500 m／s以上且均匀连续时，防渗墙渗透系数满足设计要求，由于试验样本有限，本试验尚未发现面波波速与墙体渗透系数之间明确的对应关系。防渗墙墙体渗透系数仍需现场渗透试验或室内芯样渗透试验确定。采用面波方法对防渗墙进行全面或大量普查，并结合常规检测方法进行验证，能够更全面、准确地评价防渗墙墙体质量。在面波波速分布图中连续的区段适当降低钻孔数量，可以减少钻孔对防渗墙墙体的破坏，同时可以节约检测成本。

4 结论与展望

（1）对于防渗工程，常规的钻孔取芯、取样室内试验检测能直观、客观反映防渗体工程质量，是不可取代的；但由于防渗体受施工质量控制和抽样性影响，防渗体均匀性、连续性往往不够，不能完全反映防渗体的整体质量，现有规程规范中推荐使用的常规注水、抽水和压水试验方法均难较真实地反映防渗体渗透性质量。综合采用压水试验分段法及人工抬高水头代替水泵压法的压力注水试验方法，能较好地适用于高压旋喷桩、搅拌桩等水泥土防渗介质的渗透性能检测评价，且具有水头稳定、能够测读到稳定流量等显著的优点。在相似防渗工程质量现场渗透性能检测中推荐应用此方法。

（2）根据防渗墙特点，采用不同的物探无损检测方法可以用来对防渗墙墙体进行全面或大量普查，并结合常规检测方法进行验证，能够较全面、准确地评价防渗墙墙体质量，在物探方法大量普查的基础上，对其探测结果连续的区域可适当降低钻孔取芯数量，这样既可以降低对防渗墙墙体的破坏，又可以节约检测成本。

（3）物探检测方法无损检测具有全面、无损、快速、经济、方便、直观等优点，目前存在定量研究方面的不足。这需要在以后的工程实践中进一步实践、研究和分析。物探检测方法在防渗墙工程质量检测、安全鉴定方面具有较大的发展应用前景。

Hidden Engineering for Changjiang’s Major Levees［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2000，17（Sup.1）：4－8.（in Chinese））

［2］ SL31—2003，水利水电工程钻孔压水试验规程［S］.北京：中国水利水电出版社，2004.（SL31—2003，Code ofWater Pressure Test in Borehole for Water Resources and Hydropower Engineering［S］.Beijing：China Water Power Press，2004.（in Chinese））

［3］ 中国水利电力物探科技信息网.工程物探手册［M］.北京：中国水利水电出版社，2011.（China Water Con servancy and Power Geophysical Technology Information Network.Engineering Geophysical Prospecting Manual［M］.Beijing：ChinaWater Power Press，2011.（in Chi nese））

［4］ 杨成林.瑞雷波勘探［M］.北京：地质出版社，1993.（YANG Cheng lin.Rayleigh Wave Exploration［M］.Beijing：Geological Publishing House，1993.（in Chi nese） ）

［1］ 李思慎.长江重要堤防隐蔽工程建设中的防渗处理［J］.长江科学院院报，2000，17（增1）：4－8.（LI Si shen.Seepage Prevention Treatment in Construction of

（编辑：黄 玲）

Some Testing M ethods for Quality Inspection of Dyke Seepage Prevention Project

ZANG Guang wen
（Shanghai Investigation，Design and Research Institute，Shanghai 200434，China）

In view of the complexity of quality inspection and evaluation for seepage prevention project，some un conventional testingmethods for the quality inspection of dyke seepage prevention projectare introduced.Themeth od of borehole and pressure water injection is proposed based on the characteristics ofwater pressure test and water injection test.In addition，non destructive testing such as ground penetrating radar and surface wavemethods are carried out.Through large amount of tests，the test equipment are improved and testmethods are refined.Moreo ver，reliable results are obtained which verified the applicability of these testingmethods.

seepage prevention；water pressure test；water injection test；surface wave；ground penetrating radar（GPR）

TV223.4

A

1001－5485（2013）12－0035－04

10.3969／j.issn.1001－5485.2013.12.006

2013－05－22；

2013－07－04

臧光文（1962－），男，湖北天门人，高级工程师，主要从事岩土工程研究及水利水电工程监测、检测工作