基于超高密度电法的丁家二沟水库防渗墙连续性检测分析

摘 要：文章结合宁夏丁家二沟水库防渗墙检测实例，介绍了水库防渗墙的水文地质环境，阐述了超高密度电法的基本原理。根据丁家二沟水库的具体情况，设计了防渗墙物探工作方案，介绍了物探野外工作的内容和步骤，最后对采集到的检测数据进行了计算处理和软件反演，并根据电阻率剖面图对检测结果进行了解释分析。最终结果表明，防渗墙上部电阻率基本一致，墙体上部均匀连续，防渗墙下部无明显不均匀迹象，墙体底部与基岩连接良好。

关键词：防渗墙；连续性检测；超高密度电法；测线布设

1 工程概况

丁家二沟水库位于宁夏清水河一级支流洪泉沟下游的丁塘镇八坊村，距同心县城约10km。该水库为中型水库，主要作用为防洪、拦泥、农业灌溉等。水库竣工时间为1997年，设计总库容为1036.25万m3，最大坝高为29.55m，坝顶宽为8.0m，顶长为819m。

为提高坝体防渗强度，在坝顶K0+030～K0+730段沿大坝轴线修筑塑性混凝土防渗墙，防渗墙厚度为0.4m，墙底嵌入中等风化层1.0m，墙体面积为2.41万m2。地下防渗墙工程采用塑性混凝土防渗墙，总长700m，总面积为2.41万m3。为了实时了解防渗墙的工程情况和状态，确保工程安全，现对水库防渗墙进行连续性检测，文章主要从工程地质条件、物探工作原理和方法、仪器设备的布设以及检测结论等方面展开分析。

2 防渗墙地质环境与物探条件

2.1 水文地质环境

丁家二沟水库项目区地层岩性主要为人工填土、黄土、冲洪积砂砾石、泥岩与砂岩等。水库坝体主要为人工填土，由低液限粉土、低液限粘土等构成。防渗墙地质表层为砂壤土，厚度约为22.8m；下部为胶结密实的中粗砂和1m深基地泥岩，厚度约为11.7m。库区存在地表水，其硫酸根离子含量丰富，因此对普通水泥具有较强的腐蚀性，对混凝土中的钢筋具有中等腐蚀性，对钢结构也具有中等的腐蚀性。大坝地基存在地下水，为第四系空隙潜水，对普通水泥具有较强腐蚀性，对混凝土中的钢筋具有弱腐蚀性，对钢结构具有中等腐蚀性。

2.2 防渗墙物探条件

超高密度电法基于不同岩、土体的电阻率的差异进行探测。防渗墙在施工时，墙体所采用的材料基本一致，因此墙体不同位置的电阻率可认为大致相同。但是如果防渗墙在墙体浇筑施工的过程中，若存在孔洞、欠浇或是各段连接不密实时。则墙体隐患处的电阻率则与完整墙体处的电阻率存在一定的差异，这为防渗墙的物探工作提供了必要的条件。

3 防渗墙物探工作原理

本项目采用超高密度电法进行防渗墙连续性检测工作，该方法属于电阻率法。不同于常规电阻率法，超高密度电法一次设置批量测试电极，在一次勘测过程中可完成纵横2维的勘探测试。该方法观测精度高、可提高较大的数据量，适用于水文地质、工程地质勘探、地下埋藏物探测、提防隐患探测等。超高密度电阻率法是一种剖面法和电测探法的组合式剖面装置，对地电结构具有一定的成像功能。因此，墙体裂缝、空洞、不均匀体、软弱层、透水体等在探测成果图均可直观反映出来。

不同的岩层或者同一岩层由于成分和结构的不同，其电阻率也是不相同的。假设岩层为均质各向同性的，当地表下通过电流时，岩层电阻率大小则是相同的，电阻率通过公式为：

式中，？籽为实测岩土层电阻率；？驻V为电位差；I为供电电流；K为装置系数（与供电、测量电极间距有关）。

4 防渗墙物探工作方案

超高密度电阻率法是将直流电通过接地电极通入地下，建立稳定的人工电场，在地表观测某点的垂直方向或某剖面的水平方向的电阻率变化，从而了解岩层的分布或地质结构特点。通过布设垂直（或斜交）被测地质体物探剖面，根据地质体尺寸、规模、埋深设置电极距和测试层数。消除过大点击接地电阻，打开高压供电开关，采集电压、电流，计算电阻率数据。数据采集完成后，进行存盘处理。

4.1 仪器设备的选择

本项目超高密度电阻率法测试采用西安澳立华勘探技术开发公司生产的FlashRES64型超高密度电阻率工作站，配备多功能高强度电缆，内置可输出250V的供电变换器，程序控制高密度电阻率法的各种装置形式；仪器采用笔记本电脑作主控单元，具有64多道采集方式；设备采用了自动增益调节、电极自电自动跟踪和补偿等技术，测量过程实现了自动化。

对零点漂移、电池电压、接地电阻及内存单元具有自检功能，带有标准RS232通讯接口，可与任何其他计算机进行数据通讯和共享。图1为超高密度电阻率法仪器设备示意图。

图1 超高密度电阻率法仪器设备示意图

4.2 测线布设方案

防渗墙墙顶经过开挖之后，确定了墙体的具置，测线沿着墙体轴线方向布设。电极棒为不锈钢材质，电极棒按3m极距打入墙体0.2～0.3m，从而保证良好的供电效果。该项目测线布置示意图见图2。

图2 丁家二沟水库防渗墙测线布置示意图

5 物探野外工作分析

物探野外工作内容主要有：测线的定位，布设电极，测量电缆连接，仪器微机连接，埋设仪器地线，仪器参数设定，接地电阻测量，供电情况检查，排除接触不良电极故障；程控开关控制测量和供电电极的选通，定时读取电压、电流数据，并及时存入笔记本电脑，供后期室内数据反演软件使用。待该剖面全部数据采集完成后，关闭电脑及电源，拆除电极、电缆等，移至下段测线重复以上步骤进行检测。

本项目野外测线布设四条剖面，测线首尾重叠2个电极进行无缝隙连续测量，总有效探测长度为700.0m。

6 检测结果及资料分析

将超高密度电阻率法测试数据进行数据格式转换、数据拼接、对非值排除修正，、外轮廓线数据输入。然后通过数据处理反演软件包进行计算处理，最后打印出视电阻率剖面图。通过不同岩体、土层的电阻率差异，对物探电阻率剖面进行分析解释，结合原有地质资料，对物探资料进行综合分析。通过对原始数据的反演解释计算，得出电阻率解释图如图3。

有电阻率剖面图可知，剖面图成层状分布，上部电阻率稍低，防渗墙材质均匀一致。墙体与岩体连接处未发现低阻异常，说明墙体连续，墙体与岩体连接完好。

7 结束语

宁夏同心县丁家二沟水库采用塑性混凝土防渗墙进行截渗处理，墙于坝轴线附近。采用超高密度电阻率法，沿墙体轴线对防渗墙进行连续性检测，通过对原始数据处理、反演软件计算，得出如下检测结论：反演计算表明，桩号K0+030～K0+730防渗墙体电阻率比较均匀，墙体无明显的不连续迹象，所测防渗墙均匀连续，墙体下端与基岩结合良好，无明显渗漏现象。

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作者简介：纪少德（1968-），男，本科，宁夏同心县人，工作单位：宁夏同心县水利工程建设管理中心，宁夏吴忠市同心县水务局，主要从事：水利工程建设与管理。