將示蹤法應(yīng)用于小浪底主壩裂縫深度的檢測(cè)

崔鑫　楊燕　代永信

【摘要】文章講述了小浪底主壩前期裂縫基本情況、目前裂縫情況；講述了將示蹤劑注入壩體裂縫中，采用探地雷達(dá)技術(shù)綜合監(jiān)測(cè)示蹤劑在裂縫中的流動(dòng)狀態(tài)的參數(shù)選擇與具體工作過(guò)程；講述了示蹤法檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)及對(duì)選取的4個(gè)斷面依次進(jìn)行灌漿前和灌漿后的測(cè)線布置情況；講述了根據(jù)各測(cè)線分析計(jì)算的深度平均值確定裂縫的實(shí)際深度檢測(cè)結(jié)果。通過(guò)示蹤法對(duì)小浪底主壩下游側(cè)表層縱向裂縫的探測(cè)，基本上查明了各測(cè)試斷面裂縫發(fā)育面的彎曲形態(tài)，成功地探測(cè)到壩體裂縫的底部，所測(cè)四個(gè)斷面裂縫最大深度為6.8m，獲得了裂縫發(fā)育的真實(shí)情況。

【關(guān)鍵詞】小浪底主壩；示蹤法；探地雷達(dá)；裂縫；檢測(cè)

1、工程現(xiàn)狀

1.1 前期裂縫基本情況

2001年發(fā)現(xiàn)大壩壩頂下游側(cè)樁號(hào)D0+727 以北，距下游側(cè)路緣石內(nèi)側(cè)40～60cm處有一條長(zhǎng)約100m、最大開(kāi)口寬度約10mm 的非連續(xù)縱向裂縫。2002年5月壩頂鋪設(shè)六棱磚時(shí)，裂縫被覆蓋。

2003年10月18日發(fā)現(xiàn)主壩下游側(cè)樁號(hào)D0+690以北，距下游側(cè)路緣石80～120cm處，六棱磚縫間有1條長(zhǎng)160m、最大寬度約4mm的連續(xù)縫隙。為了進(jìn)一步查明裂縫情況，2004年6月開(kāi)挖了4個(gè)探坑，于2004年8月拆除了該處壩頂路面的六棱磚，發(fā)現(xiàn)裂縫基本平行于壩軸線，自樁號(hào)D0+130延續(xù)到樁號(hào)D0+757，長(zhǎng)約627m

1.1.1 裂縫位置

裂縫位于壩頂下游側(cè)，距路緣石距離為0.80～1.20m，與壩軸線基本平行。從壩體剖面可見(jiàn)裂縫位于壩體3 區(qū)料范圍內(nèi)，與防滲體的距離約6.3m。

1.1.2 裂縫深度

縫深自六棱磚面算起，4個(gè)探坑的裂縫深度分別為3.25m、2.60m、3.30m及3.90m，裂縫基本豎直。

1.1.3 裂縫寬度

在壩面沿裂縫長(zhǎng)度方向每隔5m測(cè)量裂縫寬度，從樁號(hào)D0+225開(kāi)始至樁號(hào)D0+760，共107個(gè)數(shù)據(jù)，測(cè)值范圍為2～100mm，其中大于50mm的占11.2%；30～50mm的占13.1%；30mm及以下的占75.7%。樁號(hào)D0+520～D0+760段裂縫寬度較小，大多在20mm以下。

在開(kāi)挖的4 個(gè)探坑中，從上而下每隔0.3m 測(cè)量裂縫寬度，直至裂縫難以辨別為止。測(cè)得最大裂縫寬度為150mm，裂縫寬度隨深度增大而減小。

1.2 目前裂縫情況

1.2.1 裂縫位置

裂縫位于壩頂下游側(cè)，距路緣石為1.0～2.0m，與壩軸線基本平行。

1.2.2 裂縫寬度

掀開(kāi)六棱磚并剪開(kāi)土工膜，發(fā)現(xiàn)在壩體回填粘土層裂縫表面最大寬度為4.2mm。繼續(xù)開(kāi)挖至砂礫石層，由于前期對(duì)該裂縫區(qū)域進(jìn)行過(guò)處理，裂縫在后期發(fā)展中以松散砂礫石帶的形式出現(xiàn)，其中局部夾雜脫空。

2、檢測(cè)方法和關(guān)鍵技術(shù)

2.1 檢測(cè)方法

根據(jù)主壩表層縱向裂縫的特征及所處位置的材料組成情況，引進(jìn)了裂縫深度示蹤法檢測(cè)技術(shù)：將示蹤劑注入壩體裂縫中，采用探地雷達(dá)技術(shù)綜合監(jiān)測(cè)示蹤劑在裂縫中的流動(dòng)狀態(tài)，檢測(cè)裂縫的發(fā)育深度。

2.2 參數(shù)選擇與工作過(guò)程

本次檢測(cè)使用的設(shè)備為SIR-3000 型探地雷達(dá)，配套的收-發(fā)組合一體式200MHz 和100MHz 檢測(cè)天線。設(shè)備系統(tǒng)是時(shí)間域探地雷達(dá)系統(tǒng)，在檢測(cè)時(shí)可實(shí)時(shí)自動(dòng)顯示彩色剖面記錄圖像。

為可靠的獲取地下目標(biāo)體相關(guān)信息，現(xiàn)場(chǎng)天線沿設(shè)計(jì)測(cè)線貼面連續(xù)檢測(cè)，為消除天線檢測(cè)速度不均對(duì)測(cè)量位置的影響，當(dāng)天線移動(dòng)到距離標(biāo)志點(diǎn)時(shí)按動(dòng)標(biāo)記開(kāi)關(guān)，以便準(zhǔn)確控制剖面位置。所有觀測(cè)數(shù)據(jù)均通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，以數(shù)據(jù)文件的形式存放于主機(jī)。

2.3 技術(shù)關(guān)鍵

大壩裂縫深度示蹤法檢測(cè)技術(shù)是將示蹤劑灌入裂縫，示蹤劑為對(duì)雷達(dá)波具有強(qiáng)烈反射性能的液體，其對(duì)雷達(dá)波的反應(yīng)與其周圍介質(zhì)相比具有數(shù)量級(jí)的差異。在重力或者灌入壓力的作用下，示蹤劑向裂縫底部流動(dòng)，待示蹤劑到達(dá)裂縫底部時(shí)，采用雷達(dá)對(duì)裂縫部位進(jìn)行掃描檢測(cè)。積存在裂縫底部的示蹤劑在雷達(dá)掃描影像上有明顯的顯示，由此可確定裂縫底部的位置，從而得出裂縫的深度。

2.4 測(cè)線布置

沿著壩體軸線方向選取4 個(gè)測(cè)試斷面進(jìn)行示蹤法檢測(cè)，每個(gè)測(cè)試斷面的位置根據(jù)壩面標(biāo)識(shí)的里程樁號(hào)來(lái)標(biāo)記。

每個(gè)測(cè)試斷面的測(cè)線布置為灌漿前和灌漿后。灌漿前，根據(jù)壩體裂縫的外部表征，在疑似裂縫區(qū)域選取多條測(cè)線（平行于或垂直壩軸線），形成檢測(cè)網(wǎng)格，以準(zhǔn)確定位壩體內(nèi)部裂縫的實(shí)際區(qū)域，為灌漿孔的選擇提供依據(jù)。灌漿后，在灌漿孔附近垂直壩軸線布置測(cè)線，以追蹤示蹤材料的流向，根據(jù)各測(cè)線分析計(jì)算的深度平均值確定裂縫的實(shí)際深度。

3、結(jié)論

通過(guò)采用示蹤法對(duì)小浪底主壩下游側(cè)表層縱向裂縫的探測(cè)，利用電磁波對(duì)示蹤劑的高度靈敏反應(yīng)的特點(diǎn)，基本上查明了各測(cè)試斷面裂縫發(fā)育面的彎曲形態(tài)，成功地探測(cè)到壩體裂縫的底部，獲得了裂縫發(fā)育的真實(shí)深度，具體如下：

3.1 D0+705.18 測(cè)試斷面

主壩下游側(cè)表層縱向裂縫平均深度為5.20m；

3.2 D0+496.44 測(cè)試斷面

主壩下游側(cè)表層縱向裂縫平均深度為5.95m；

3.3 D0+393.18 測(cè)試斷面

主壩下游側(cè)表層縱向裂縫平均深度為6.65m；

3.4 D0+278.45 測(cè)試斷面

主壩下游側(cè)表層縱向裂縫平均深度為6.75m。

所測(cè)四個(gè)斷面裂縫最大深度為6.8m。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭明廣；示蹤法測(cè)量大口徑管道氣體流量的研究[D]；中國(guó)計(jì)量學(xué)院；2012年

[2] 王海橋；示蹤氣體測(cè)量理論及在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用[J]；工業(yè)安全與防塵；2000年02期