探地雷达法和垂直反射法检测塑性混凝土防渗墙的适用性对比分析.pdf

4 2 海河水利 2 0 1 2年 2月 探地雷达法和垂直反射法检测 塑性混凝土防渗墙的适用性对比分析 郭松 昌 ， 王卫东 ， 郑军亮 ， 张悦 ( 1 安阳市南水北调工程建设领导小组办公室， 河南 安阳4 5 5 0 0 0 ； 2 安阳市水利局， 河南 安阳4 5 5 0 0 0 ) 摘 要： 结合双泉水库塑性混凝土防渗墙工程， 采用探地雷达法和垂直反射法相结合的方式进行防渗墙无损检测。 通 过对两种方法检测结果的分析， 认为垂直反射法比较适合对塑性混凝土防渗墙的连续性和墙深进行检查， 对防渗墙 中的缺陷尤其是浅层的缺陷能定性地反映出来； 探地雷达法能测出防渗墙浅层的缺陷， 而对于防渗墙深层的缺陷只 有 当缺 陷足够大时才能测到 。 关键词： 塑性混凝土； 防渗墙； 探地雷达法； 垂直反射法； 对比分析 中图分类号 ： T V 5 4 3 8 9 文献标识码 ： B 文章编 号：1 0 0 4 7 3 2 8 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 4 2 0 4 塑性混凝土具有弹性模量低 、极限应变大等特 点 故塑性混凝土在防渗墙中的应用也越来越广泛。 但是 ， 防渗墙受施工方法和各种实际因素的影响， 容 易 出现浇筑不均匀 、 分层 、 夹泥等现象 ， 所 以很有必 要开展塑性混凝土防渗墙质量检测方面的研究。结 合双泉水库塑性混凝土防渗墙工程， 参考相关文献l _ 3 ， 采用探地雷达法和垂直反射法相结合的方式开展防 渗墙无损检测 ， 对比分析两种检测方法 的适用性。 1 工程概况 双泉水库位于河南省安阳市西北部、海河流域 洹河支流粉红江上 水库大坝采用塑性混凝土防渗 墙和帷幕灌浆相结合的方法进行防渗加固。坝基防 渗处理范围为大坝桩号 0 + 1 5 0 0 + 6 8 0 ， 长 5 3 0 m。塑 性混凝土防渗墙的设计指标为： 2 8 d弹性模量6 0 0 - 7 0 0 MP a ， 抗压强度I2 3 M P a 。 渗透系数l x l 0 c r n s 。防 渗墙墙体厚度 5 0 e m， 选用配合 比为水泥 ： 粘土 ： 膨 润土 ： 水 ： 砂 ： 碎石 ： 外加剂= 1 2 0 ： 2 4 0 ： 4 0 ： 3 6 0 ： 7 7 0 ： 6 3 0 ： 0 3 6 。导墙设计为 1 2 m高的 L形钢筋混凝土 结构 ， 混凝 土强度等级采用 C 2 0 ， 墙顶厚 0 2 m， 两导 墙间距为 0 5 5 m。选用冲击钻机配合液压抓斗成槽 法开槽 即两钻一抓法。项 目施工采用两序间隔法 ， 槽孑 L 分两期进行施工。设计槽孔长度为 6 r n ， 槽孔的 收稿 日期 ： 2 O l 1 - 0 9 - 0 6 作 者简介 ： 郭松 昌 ( 1 9 7 o 一) ， 男 ， 工程师 ， 主 要从事水 利 工程施 工管 理工作 。 划分和长度在具体施工时根据实际情况作 了调整。 2 探地雷达法检测成果分析 探地雷达法的检测依据 水利水电工程物探规 范 的要求进行 选用 中国电子科技集团公 司第二 十二研 究所 研 制 的小型 化便 携 式 L T D 一 2 1 0 0型探 地 雷达 采用剖面法进行测量 。 检测时天线沿防渗墙轴 线从小桩号到大桩号移动进行连续测量 。雷达天线 的中心频率越低 ， 探测深度越大 ， 但是分辨率相应降 低 无法探出小范围的缺陷， 故应在满足探测深度的 情况下选择频率高的天线。本次防渗墙探测深度为 1 0 m左右 综合考虑探测深度和精度并结合类似工 程的经验选择中心频率为 2 0 0 MHz 的天线 。而实际 探 测 时 发 现桩 号 0 + 2 9 0 0 + 4 8 0段 防渗 墙 墙 头 未 与 地面平齐 ， 无法使用 2 0 0 MH z的天线 ， 改用中心频 率为 4 0 0 MH z的天线 。探地雷达 图像 ，如 图 1 3 所 示 图1 2 0 0 MHz探地雷达图像( 正常图像， 桩号 0 + 1 5 6 - 0 + 1 6 8 ) 2 0 1 2 N o 1 郭松 昌， 王卫东 ， 郑军亮 ， 等 ： 探地雷达法和垂直反射法检测塑性混凝土防渗墙的适用性对比分析 4 3 图2 4 0 0 MHz 探地雷达图像( 正常图像。 桩号 0 + 2 9 0 - 0 + 3 0 8 ) 图3 4 0 0 MHz 探地雷达图像( 异常图像， 桩号 0 + 3 8 2 - 0 + 4 0 O ) 综上所述并结合现场情况 ，在桩号 0 + 1 5 6 0 + 2 1 0 、 0 + 5 5 0 0+ 5 9 0段 采 用 天 线 中 心 频 率 为 2 0 0 MHz 。桩 号 0 + 2 9 0 0 + 4 8 0段采 用天线 中心频率为 4 0 0 MH z 。时窗长度代表记录信号的最大双程走时 长度 故时窗限定了最大探测深度 。 参考 L T D一 2 1 0 0 型雷达仪器使用说明书，本次研究天线中心频率为 2 0 0 MH z时选 择 时 窗 1 2 0 I I S 、天线 中心 频 率 为 4 0 0 MHz 时选择时窗为 6 0 n s ，采用人工拖拽的方式进 行探测 ， 探测速度为 1 2 m s 。 两种天线采样点数均 为 5 l 2 ， 塑性混凝土防渗墙介电常数取 8 。 探地雷达法检测防渗墙墙体可用图像为 2 7 8 I n 。 图 l 一 3列 出了几种典型图像 ， 从 图像分析的结果来 看 ，天线 中心频率 为 2 0 0 MHz 时雷达探测深度约 为 6 0 i n ， 而天线中心频率 为 4 0 0 MHz 时探测深度 仅为 1 2 m。 2 0 0 MH z图像 因分辨率较低 ， 图像基本 正 常 ： 而 由 4 0 0 MHz图像可 以看 出有数处缺 陷 分 别 是 ： 桩 号 0 + 3 1 8附 近 ， 深 度 为 0 1 0 7 i n范 围 内 ； 桩 号 0 + 3 9 5附 近 。 深 度 为 0 6 1 2 I l l 范 围 内 ： 桩 号 0 + 4 1 5附近 ， 深度为 0 2 1 2 n l 范 围内； 0 + 4 5 0桩号 附近 。 深度为 0 4 1 1 m范围内存在因骨料集 中而引 起 的混凝土局部不均匀现象 。 从雷达的探测结果来 看 ， 绝大部分墙体灌注较 均匀 ， 没有 出现夹泥 、 裂缝 等现象 ， 个别桩号墙体存 在灌注不均匀的情况 。本 次研究发现 ， 雷达天线频率低时 ， 由于分辨率下 降， 不易发现缺 陷； 而雷达天线频率 高时 ， 探测 深度又 很 浅 。 3 垂直反射法检测成果分析 参照 水利水 电工程物探规范 的要求进行 ， 垂 直反射法检测仪器采用武汉岩海公司的 R S 一 1 6 1 6 K ( P ) 完整性 检测仪 ， 采样 间隔取 0 0 2 0 0 3 ms ， 记录 长度取 1 0 2 4点 ， 滤波方式为全通 ， 接收采用高阻尼 低灵敏度速度传感器。 工作模式为单点激发 ， 单点接 收 ， 偏移 距 1 0 m 左右 。 为取得最佳测试数据及曲线 ，测试前必须对测 试仪器及测试方法进行调试工作 ， 具体步骤如下 ： ( 1 ) 测试前 ， 为 了取得墙体混凝土的纵波速度 ， 对出露的完整 的墙段进行纵波测试。 测试结果表明， 墙体混凝土的波速为 2 2 0 0 2 6 0 0 m s 。 ( 2) 检 测前 经反 复 试验 ， 确 定最 佳 偏移 距 为 1 0 m左 右 ， 在检 测时根 据信 号质 量及墙 顶情况 可作 调整 。 ( 3 ) 对于墙顶部未完全凿至完好密实 的混凝土 处 ， 加上某些槽 段由于浅部有缺陷 ， 造成 曲线复杂 ， 通过增加锤垫及改换力棒等方法 ， 调整 了锤击装置 。 取得 了较好效果。垂直反射法图像 ， 如图 4所示。 表 1 垂直反射法检测结果分析( 部分 ) 序 号 毒 霉 黧 质 量 分 果 备 注 本次测量测段为桩号 0 + 1 5 0 0 + 6 3 4 部分墙段 由于现场不具备检测条件而未检测 共检测墙体 3 9 2 i n 。图4为桩号 0 + 3 9 1 0 + 3 9 8的检测图像 ， 表 l 为对 应 的检测 结果 分 析表 可 以看 出桩 号 0 + 3 9 2 0 + 3 9 6浅部有较明显的二次反射 说明此处墙段顶部 混凝土质量差 ， 此处处于防渗墙槽段接缝处 ， 说明顶 部接缝质量稍差。 对所有检测图像进行分析发现， 有 十几处墙段顶部混凝土质量差、 顶部接缝稍差 ， 具体 缺陷分布见表 2 。由于偏移距的存在 ， 由此造成的波 速偏高或墙身偏短的假象是不容忽视的，在分析时 均作了校正处理。 测试时 ， 部分墙段墙体顶部混凝土 松软或混凝土差 ， 造成分析困难。其原因多为 ： 当浇 注到浅部时， 此 时泥浆 比重较大 ， 混凝土浮力不足 。 从而容易产生局部夹泥等现象，一般与超灌高度不 足及凿除高度少有关 ，下一步施工前应将墙顶浮浆 及浅部劣质混凝土凿除。 4 4 海河水利 2 0 1 2 年 2月 ： 3 ： 一 一一 。 l I I l I - l _ l l I I I I I _ I I ： l l 6 o i i - ： 一 ； 、 一 、 ； V - ：。 I I I；I 、 一 。 V 、 。 I -l I _ 1 _ _ 1 l l l- I h_ _ I_ l2 V V i - -I I l -_ - I H- - I 二 。 l - I I I l I - I l II _ _ - I 一 ，一 ： l - I I I I I l l _ _I l I - - 1 ： ： ， 一 。 I _ _ I l J - I - - I I _ l I ： s T 、 - -_ 一 ； 一 I l I - I I I _ l - I - I I _ I ， 一 I I _ I I I - I I 。 1 l l _ - I _ 。 ： ： 一 r 。 I - l l I - _ 。 I - t I I I - I l I 。 l I I I l l I l I l I - I l - 。 ： I _ l - - - l l - I I I 1 f 一 _ I l l I I - J I _ _ I I I I I _ J I - I一 一 V一一 I l I I I _ I I I - - I I I I I 图 4 垂直反射法 图像( 桩号 0 + 3 9 1 - 0 + 3 9 8) 4 探地雷达法与垂直反射法检测结果对比分析 4处探地雷达法和垂直反射法 同时测 到了缺陷 分 利用探地雷达方法共发现 4处缺陷 ，利用垂直 别是桩号 0 + 3 1 8 、 0 + 3 9 5 、 0 + 4 1 5 、 0 + 4 5 0处附近 的缺 反射方法发现了 1 0多处缺陷 ( 见表 2 ， 表中括号中 陷 ， 两种方法起到较好 的相互印证作用 。另外 ， 利用 数字表示测试时雷达天线中心频率) 。由表 2可知 ， 垂直反射法在此段还发现另外 5处缺陷 ( 分别是桩 在桩号 o + 1 5 6 0 + 2 1 0 、 0 + 5 5 0 0 + 5 9 0段( 天线 中心频 号 0 + 3 3 0附近 、 0 + 3 4 9附近 、 0 + 3 7 5附近 、 0 + 3 1 4 、 O + 率为 2 0 0 MH z ) ， 垂直反射法在这两段测出的轻微浅4 4 2 ) ， 而利用探地雷达方法却没有发现 有可能是这 部缺陷 ， 雷达均未测到 ， 说 明雷达的分辨率低 ； 在桩 几处缺陷深度超出了探地雷达法检测 的深度范围， 号 0 + 2 9 0 0 + 4 8 0段 ( 天线 中心频率为 4 0 0 MH z ) ， 有 即缺陷深度大于 1 6 m。同时发现 ： 利用探地雷达方 2 0 1 2 N o 1 郭松 昌 ， 王卫东 ， 郑军亮 ， 等 ： 探地雷达法 和垂直反射法检测塑性混凝土肪渗墙的适用性对 比分析 4 5 法能较准确地确定缺陷的位置 。利用垂直反射法只 能作定性分析 ， 无法确定缺陷的具体深度。 两种方法 比较说明 ：垂直反射法 比较适合对塑 性混凝土防渗墙的连续性和墙深进行检查 ，对防渗 墙中的缺陷尤其是浅层 的缺陷能定性地反映出来 ， 但不能准确确定缺陷的具体深度 ；而探地雷达方法 在使用频率较低 的天线时分辨率低 ，不能测出轻微 的缺 陷； 当加大频率时 ， 检测 深度又很小 ， 如本研究 中使用 4 0 0 MH z天线时检测深度只有 1 6 m，由此 说明探地雷达法能测出防渗墙浅层 的缺陷 ( 使用高 频率天线 ) ， 而对于防渗墙深层 ( 相对) 的缺陷只有当 缺陷足够大时才能测到( 使用低频率天线) 。 5 开挖验证 结合探 地雷达和超声法检测结果 ，在桩号 0 + 3 9 5附近区域( 此处也是 3 8和 3 9号施工槽段 的结 合处 ) 采用机器挖掘结合人工开挖的方法进行验证 ， 开挖深度约 3 m。 从开挖过程看 。 墙体接缝顶部处有 轻微 的夹泥现象 防渗墙顶浇筑时有轻微的塌方现 象 。 如图 5 - 6所示 ， 这 印证了探地雷达 、 垂直反射法 的检测成果。 6 结论 从探地雷达法检测 的结果来看 。大部分墙体灌 注较均匀 。 没有出现夹泥分缝等现象 。 个别桩号墙体 存在灌注不均匀的情况 。而从垂直反射法检测墙体 图5 开挖检查 图6 夹泥处 的结果来看 ， 发现十几处防渗墙浅部混凝土缺陷。 通 过 比较两种无损检测方法 的结果发现 垂直反射法 比较适合对塑性混凝土防渗墙的连续性和墙深进行 检查 ，对防渗墙 中的缺陷尤其是浅层的缺陷能定性 地反映出来 ， 但不能准确确定缺陷的具体深度 ； 探地 雷达法能测 出防渗墙 浅层的缺陷 ( 使用高频率天 线 ) 。 而对于防渗墙深层的缺陷只有当缺陷足够大时 才能测到( 使用低频率天线) 。 参考文献 ： 【 1 】 薛云峰 ， 袁 江华 ， 孙晓暾 垂直反 射法检 测混凝 土防渗墙 的研 究与应用 J 】 物探与化探 ， 2 0 0 4 ( 1 0 ) ： 4 6 7 4 7 0 2 董延朋 ， 孔 祥春 ， 秦月涛 地质雷 达在水 库 防渗 墙检测 中 的应用 J 地质装备 ， 2 0 0 5 ( 1 2 ) ： 2 6 2 8 【 3 肖自龙 ， 李宏展 ， 梁娜 透地雷达 在检测 塑性混凝 土垂直 防渗墙 中 的应 用 J 华北水 利水 电学 院学报 ， 2 0 0 5 ( 3 ) ： 39 -41 【 4 】 S L 3 2 6 2 0 0 5 ， 水利水 电工程物探规程【 S 】 r” +” +” + +” +“ + 。 +” +” +” + I + l + 本刊已 l 十制 、 汇 编 、 发 十发表的行为 。 + + +。 声 明 ， ，- 许可 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社在 中国知 网及其 系列数据库产品中以数 字化 行、 信息网络传播本刊全文。该社著作权使用费与本刊稿酬一并支付。作者向本刊提 即视为 同意我社上述声明。 +“ +* 十一 + 一 ” +“ +” + 一 一” + 一 ” - + 一 “ - + 一 一” + +。 +。 + + + + + + + + 。 + 十