高密度电阻率法在太子河(夏施堡段)砂基砂堤垂直铺塑施工质量检测中的应用

孔繁友(辽宁省水利水电科学研究院，辽宁 沈阳 110003)

高密度电阻率法在太子河(夏施堡段)砂基砂堤垂直铺塑施工质量检测中的应用

孔繁友
(辽宁省水利水电科学研究院，辽宁 沈阳 110003)

针对垂直铺塑施工质量检测中存在的技术难题，利用高密度电阻率法对垂直铺塑施工质量进行试验性探测，分别采用了温纳装置、电测深装置和联剖装置进行土工膜埋设深度和搭接质量进行探测结果对比，分析了高密度电阻率法不同装置探测对垂直铺塑土工膜质量检测的效果,结果表明，温纳装置和联合剖面装置可有效地检测出垂直铺设土工膜的埋设深度和搭接情况。

垂直铺塑;高密度电阻率;质量检测

1 概述

太子河右岸夏施堡砂堤砂基防渗工程，位于灯塔市王家镇夏施堡村西侧，堤防等级为二级，为灯塔市重点险工段，砂堤砂基段总长为1 227 m。

通过野外地质勘察和室内土工试验结果分析，该堤段主要透水层为细砂、中砂层。细砂层渗透系数K=5.47×10-3cm/s，为弱透水层，中砂层渗透系数K=1.08×10-2cm/s，为较强透水层，而且透水层较厚，一般大于5 m，通过对地勘资料计算分析判定，该险工堤段的渗透破坏类型为流土型和接触冲刷型，允许水力坡降为0.30。现场调查发现，由于太子河整治、多年抢险、当地农耕作业等原因，迎水和背水侧表层黄褐色粉质粘土夹粉土与粉砂层并不是连续分布的，局部存在含砂量较大的土层及水坑，不排除与堤前透水层连通。为从根本上消除渗透破坏隐患，设计采用垂直铺塑的技术方案对险工段进行处理。

该工程基础处理，采用在迎水坡堤脚进行垂直铺塑的方案，选用厚0.5 mm LDPE土工膜作为防渗材料，防渗深为8.0 m。坡面防渗采用在迎水坡坡面下卧0.8 m，铺设400 g/m2复合土工膜的方案，坡面防渗的复合土工膜与基础防渗的土工膜在堤脚进行连接，形成整体的悬挂式防渗帷幕，垂直铺塑设计标准断面见图1。砂基防渗主体工程施工采用液压开槽埋膜设备。

图1 垂直铺塑设计标准断面示意(单位：高程m,尺寸mm)

垂直铺塑防渗工程属隐蔽工程，现阶段质量控制以过程控制为主，施工质量检测主要控制开槽深度、埋设土工膜的长度、搭接长度等，但综合考虑槽内落淤、槽内泥浆比重、土工膜配重以及其他不可预见的情况，施工现场过程控制难以达到理想的效果。

2 检测方法及测点设计

2.1检测方法

为更有效地检测垂直铺塑施工质量，本次探测采用高密度电阻率法，对太子河夏施堡河段砂基砂堤垂直防渗工程试验段进行了施工质量检测，检测的内容主要为铺塑埋设的深度以及土工膜搭接的质量。

垂直铺塑施工后的土工膜类似于分布在地层中的直立高阻体[1]，其电阻率趋近于无穷大、厚度趋近于无穷小，这类高阻防渗体对电流影响极为明显，故进行防渗膜分布范围和分布状况探测(见图2)，可通过分析比较防渗膜对电流场影响的不同程度，来反映防渗膜的存在状况[2]。

图2 视电阻率和地电断面性质的关系

2.2测点布设

根据垂直铺塑工程设计的深度、工程布置等技术特征，探测选用60根电极的电阻率测量系统，按1.0 m电极间距布置，采用直流电源作为供电电源，电压为270 V。探测采用了温纳装置、联剖装置、电测深等3种测量装置进行探测。测线布置分别在下膜后覆土前和覆土后进行探测。累计完成探测剖面34个，总物理探测点2 040个。

3 数据处理及分析

3.1数据模型建立

将现场采集的高密度电阻率法探测数据和控制点高程输入计算机，采用Rtomo3.11软件通过对所采集的数据网格化、等值线划分、充填色彩，计算机按照程序自动进行地形改正后，形成二维电阻率值断面。二维电阻率值断面经过反演计算，自动生成地质体断面，即高密度电法探测反演成果图。

3.2数据分析解译

1) 测线斜跨土工膜(温纳装置探测)

土工膜位于第31个电极和第32个电极之间。

现场防渗膜沿迎水面堤脚垂直铺设，设计埋深为8 m。该测线电极排列装置为温纳装置，电极间距为1.0 m，测线布设方向和膜的埋设方向大致成20°。图3中1区的31 m和32m之间的红色高阻区对应膜的铺设位置，可看到膜的整体反映，推断出土工膜的埋深在8.0～8.5 m之间，垂向土工膜完好，埋设深度满足设计要求。

由于受到土工膜高电阻的影响，产生了2区和3区2个低阻异常区，这个部分异常区不能反映地层的真实情况，对于数据分析没有意义，可解释为假象区。同时，1区内高阻体显示范围对于纤薄的土工膜也偏大，可判定为受高阻综合影响的假象区，主要是因为土工膜电阻率过高，电流不能顺利穿过，只能避开高阻体绕行而导致，但高阻区的中心正好对应土工膜的位置。其他部位为地层的正常反映，未受到土工膜存在的影响。

图3 温纳装置反演成果示意

2) 测线横跨土工膜(电测深装置探测)

土工膜位于第10个电极和第11个电极之间。

该测线电极排列装置为电测深装置，电极间距为1.0 m，该测线与土工膜埋设方向呈90°。反演成果见图4，图4第10和第11个电极之间的高阻异常区(1区)为土工膜所在的位置，图4显示的深度为4.0 m左右，但总体深度反映的不明显。

3) 坡面覆土斜跨水平探测(温纳装置和电测深装置探测对比)

在垂直铺塑施工完成，坡面覆土碾压后进行探测。

图4 电测深装置反演成果

图5 温纳装置反演成果示意

图6 电测深装置反演成果示意

图5和图6分别为温纳装置和电测深装置探测成果，采用电极间距均为1.0 m，测线斜跨土工膜，交角约为15°，土工膜位于第42个电极和第43个电极之间。工程施工完成，土工膜上已经覆盖了厚2.0 m的土，由于受水平和垂直土工膜的综合影响，产生了与图3测线不同的异常反映，从图5数据的反演图中可见，水平部分的土工膜从第15个电极下部开始，埋深在地面以下约为1.5～2.0 m之间，垂直铺设的土工膜轴线在第42个和43个电极之间，水平复合土工膜和垂直土工膜的各个边界可清晰的反映出来。而图6电测深装置探测反演成果中各个边界反映的不是很准确。

4) 联合剖面法探测[3]

采用联剖装置对土工膜的埋设质量探测的测线布置见图7，电极距为1.0 m，电极位于土工膜的一侧，无穷远极位于另一侧，无穷远极距离仪器的距离为3倍的供电极距。联剖装置探测数据反演成果见图8。

图7 测线布置示意

图8 反演成果示意

从反演图8可以推断出，土工膜的埋深为7 m左右，推测图8低阻异常区是因土工膜破裂、对电流线的阻挡程度减小而引起，高阻异常区是因土工膜完整对电流线阻挡程度高而引起，经证实该段为两段土工膜的搭接段，由于施工人员操作不当，引起搭接不良所引起，底部土工膜的埋设边界清晰。通过推断异常结果与已知土工膜破裂、粘结不合格、埋置深度不够等质量问题的对比，证明了该方法能够对防渗漏土工膜进行施工质量检测。

4 结语

通过采用高密度电阻率法在垂直铺塑施工质量检测的试验分析得出以下结论。

1) 从取得的电阻率剖面图上可知：防渗膜表现为一高阻直立异常体，反映了防渗膜的存在改变了静电场的分布规律，正常电流线被高阻体所排斥，从而表明了高密度电阻率法对防渗膜埋深的测试具有一定的有效性，探测的深度与设计深度相符，但由于垂直防渗膜的存在，其对电流场的影响范围要超过其真实存在的范围，这样对数据的分析解译得到精确的探测结论带来了一定的困难。

2) 由于联剖装置中设置无穷远极，铜电极布置在垂直铺设土工膜的另一侧，无穷远极与铜电极之间由高阻体的土工膜相隔，阻碍了电流，从而为该装置的探测提供了条件，如果土工膜埋设有缺陷必然会产生明显的数据异常，该方法能够清晰地反映出土工膜的埋设质量。温纳装置相比电测深装置在土工膜质量检测上应用效果较好，能够比较准确的埋设土工膜的深度，保证质量。

3) 通过对极高阻体的探索性探测试验取得的数据分析，表明地下高阻体对电流的排斥作用明显，由于电极装置排列的关系，直接影响着跨越该高阻区的其他点数据的采集，由于高阻体对电流的排斥作用，在高阻体两侧会形成一个低阻区的假象，相反，探测低阻体时，由于低阻体对电流的吸引，会在低阻体两侧产生相应的高阻异常假象，高密度电阻法探测的体积效应对数据的后处理造成困难，针对不同的情况需要全面综合的进行数据分析，才能得到理想的探测解译成果。

[1] 郭秀军.利用双排列CP电阻率测试技术进行垂直铺塑施工质量检测研究[J]. 岩石力学与工程学报，2005(18)：3 266-3 270.

[2] 傅良魁.电法勘探教程[M].北京:地质出版社，1983.

[3] 杨发杰，巨妙兰，刘全德.高密度电阻率探测方法及其应用[J].矿产与地质，2004,18(4):356-360.

(本文责任编辑 王瑞兰)

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，工程师，主要从事水库除险加固设计、地质勘察工作。

P631.3+22