垂直铺塑防渗帷幕特性及质量检测

（新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局）

垂直铺塑防渗帷幕特性及质量检测

□李铭杰

（新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局）

垂直铺塑防渗帷幕作为水利水电工程堤坝防渗的一种新技术，经过几十年的不断探索与改进，该技术日臻成熟。文章使用垂直铺塑防渗帷幕质量无损检测方法是：沿防渗膜两侧布设两排电极，保持对应电极的连线与防渗膜垂直，一侧供电，另一侧进行测量，完成后改变电极与防渗膜的布设重新测量（扫描测量），得到防渗膜分布位置的视电阻率分布剖面。结果表明，该种无损测量方法既能保证工程的完整性，又能全面快速获取防渗帷幕埋深、搭接质量、破损位置等参数，具有很大的优越性。

垂直铺塑防渗帷幕；防渗膜；质量检测

0 引言

垂直铺塑防渗帷幕在水利水电工程中的应用日益广泛，该技术主要通过开槽机械，在防渗线开挖固定尺寸的沟槽（宽度为0.15～0.30 m、深度≤20 m），并利用泥浆护壁，通过人工将辅助机械置入槽内土工膜，并利用砂土回填，以形成防渗膜+泥浆的防渗体。该技术既可以充分利用防渗膜的隔水性能，又充分利用了防渗体的柔性，整体性好，防渗效果优，且施工简便、适应性强。垂直铺塑防渗帷幕施工中，必须保持开槽和铺塑速度一致，若两项工作速度不一致，则会引起塌坑和防渗膜卷底，甚至会出现砂砾层划破防渗膜，防渗膜接缝处接合不紧密等现象。诸如此类的隐患必须及时进行检测和处理，如遇地下水位上涨，水头压力便会在防渗膜破损部位集中，进而造成集中渗漏，导致垮坝，这充分说明，防渗膜如果布设不当反而会成为堤坝隐患。

当前，常用的垂直铺塑检测方法是测压管法、施工中堤坝内外水位观测判断法及大开挖直接观察法。前两种方法属于宏观定性检测法，对防渗膜铺设中可能出现的质量问题检测不全面；第三种方法属于微观定量检测法，能较全面、具体地检测防渗膜铺设问题，但是受到地下水位限制，经济性、安全性较差。所以寻找一种既能检测垂直铺塑防渗膜施工质量，又能对其运行情况进行全面检测的方法就显得尤为重要。

1 垂直铺塑防渗帷幕物理力学特征

1.1 防渗帷幕对静电场的影响

1.1.1 室内数值模拟试验

为了探明防渗膜对静电场的影响程度，根据静电场理论并结合有限元法通过地电模型进行室内数值模拟。通过利用温纳装置测量所得电阻率剖面图（图1）可以看出，存在防渗膜的情况下，静电场的分布规律受到干扰，且在防渗膜位置出现了明显的高阻异常现象。

图1 利用温纳装置测量所得电阻率剖面图

1.1.2 防渗膜影响静电场的物理本质

运用在均匀地层埋设防渗膜且通过等效原则予以简化的地电模型（图2）以探究防渗膜影响静电场的物理本质，防渗膜类似于电阻率无穷大的高阻薄板。

图2 防渗膜简化模型图

图2中，电源A和A1分别在垂直分界面左右两侧的地层地面，距离分界面的距离均为d，可以利用镜像法求解电位空间分布的方法求解电阻率为ρ2时地层中任一点M2的电位U2，公式如下：

可见，当ρ2→∞时，1-K12→0，U2→0。当测量电极横跨界面两侧，则此时△U=U1-U2最大，根据公式ρ=K×△U/I可知，电阻率达到最大值。

但防渗膜并不是在地层中无限延伸，所以U2不可能等于零，只能说当防渗膜存在时，△U会相对变大，从而导致防渗膜位置高阻的出现。当通过双排列二极装置测量，并在防渗膜一侧供电，另一侧测量时，此时的电阻率是通过U2计算的，且低阻异常。总之，防渗膜改变了静电场分布的性能是利用电阻率分析防渗帷幕对静电场影响程度的基础。

1.2 双排列电阻率二极快速扫面测量法

沿防渗膜两侧布设双排电极，并保持电极连线与防渗膜垂直，且防渗膜位于连线中点，通过智能电缆连接电极并接入采集仪，防渗膜左侧电极为供电极，右侧电极为测量极。由数码信号操控设计测量过程，对由电极和无穷远极所形成的回路供电，并对测量回路进行电位测量，测量完毕，改变供电极排列顺序和测量电极位置进行第二组电位测量，这样连续变更供电点与测量点所进行的若干组次测量便可完成防渗膜扫描式测量。

2 垂直铺塑防渗帷幕质量检测

2.1 防渗帷幕的异常形态

在图3中，40个电极的排列间距及其与防渗膜的距离均为20 cm，测量层数8层，将所采集的数据按照图3构成电阻率剖面图。从图中可以看出，双电极排列对防渗膜具有很强的反映能力，在防渗膜埋深较大的区域内视电阻率剖面低阻区具有很深的纵向深度，而埋深较小的低阻区纵向深度较浅，且在防渗膜接缝处出现了低阻区中断现象。

图3 现场测量系统布设图

2.2 电极排列参数的影响

为了研究电极排列参数对测量结果的影响程度，将图3中电极的排列间距及其与防渗膜的距离均缩小为10cm，测量层数增加为15层，反复测量所得视电阻率剖面图可以反映出电极排列间距及其与防渗膜距离的变化并不会引起防渗膜在视电阻率剖面上形态的太大改变，只是改变了数据层之间的相对位置，或层数相同时改变探测深度。

3 实际应用

3.1 工程概况

北疆供水工程属于典型的以渠道为主的线性供水工程，其中部位于新疆荒漠戈壁滩上，该地区降水稀少、日照与蒸发强烈，空气干燥，气温变化剧烈且年较差大，戈壁沙质土下垫面气温变化剧烈。该供水工程线路跨越三种地层：①剥蚀起伏平原区，渠线长178 km，地形高程差在8～20 m之间，地层为泥岩、砂质泥岩夹薄层砂岩和粒岩，砂质泥岩具有弱～中弱膨胀性，部分膨胀性中强；②风成沙漠区，长158 km，由起伏不平的沙陇沙丘组成，中细～中粗砂层厚度为150～250 m；③细土平原区，长55 km，地形开阔，局部为半荒漠区，大部分为农田区。

3.2 测线布置与测验结果

按照图4进行测线形式布置，图中从上到下依次为：双排列检测装置（用以对防渗膜的分布形态进行检测）、单排列检测装置（用以对原始背景场进行检测）和原始背景场双排列检测装置。电极之间以及电极和防渗膜之间的距离均为1 m。

图4 测线布置示意图

从测验结果看，单排列原始背景检测装置和双排列检测装置测试结果具有十分相似的异常特征，都从不同程度反映了原始地层的情况。双排列背景场防渗膜检验结果异常形态的变化，反映了铺设防渗膜的区段存在低阻异常区域，且随着防渗膜埋深的不同，异常区域底部呈现波浪形变动，其中的高阻侵入则反映了防渗膜搭接不当。

通过变更测线重新测量来检验探测结果的稳定性，可以看出，试验段防渗膜存在的视电阻率异常特征与防渗膜所在位置异常特征相同，而原始防渗膜铺设段的低阻异常区域与试验段差异较大，这是由防渗膜埋深不同造成的，可见，单排列所具有的异常场特征完全不同于双排列。

4 结论

文章利用单排列和双排列测电装置对垂直铺塑防渗帷幕进行了快速无损检测，结果表明，点面结合可以对防渗膜进行连续双排列扫面测量，且测量的垂向探测精度可以高达95%以上，而对于防渗膜搭接不良的位置横向分辨率也能达到0.10 m，由此测得的漏洞位置明确，且测量结果可以对防渗膜分布形态作完整描述。

［1］张天森，垂直铺塑防渗帷幕在三盛公水利枢纽左岸导流堤防渗处理中的应用［J］，内蒙古水利，2014（5）：106-107.

［2］宋克明，垂直铺塑防渗帷幕之地球物理特陛及其施工质量无损检测方法的实现［J］，水利规划与设计，2008（5）：26-28.

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2017-4-25

编辑：赵鑫

李铭杰（1984-），男，工程师，主要从事水利工程运管及施工方面的工作。