项目名称防渗墙质量无损检测技术集成与推广应用

项目名称：防渗墙质量无损检测技术集成与推广应用1.项目研究目的和意义1.1研究目的开展防渗墙质量无损检测综合技术研究，深入了解防渗墙检测理论、方法、发展现状、仪器设备等，找出目前所存在的问题，据此开展模型模拟技术、试验设计、模型试验方法、仪器设备校验方法等方面的研究，编制技术覆盖全面的防渗墙质量无损检测技术手册，为整套技术的推广应用、成果转化奠定基础。开展防渗墙质量无损检测综合技术的推广应用，加强与各级水行政管理单位、工程设计与施工单位、生产管理单位的联系和沟通，密切关注宏观政策和顶层设计，掌握行业动态，积极拓展市场，加强技术交流，加大宣传力度，扩大黄河水利科学研究院防渗墙无损检测技术的影响力。1.2研究意义防渗墙工程是水利水电工程防渗体系的重要组成部分，是抵御洪水、保障人民生命财产安全的基本设施和屏障。因此，保障防渗墙工程的质量对水利事业健康可持续发展具有重要的意义，项目的社会效益明显。防渗墙工程质量检测是一项非常严肃和严谨的工作，充分体现了科学性、公正性和客观性，检测结果是检验相关勘察、设计、施工单位质量水准的重要凭据，检测结果直接关系到工程的安全和正常运行，检测方法的选择是否合理直接影响结论的正确与否。本项目属于推广应用研究，与《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》重点领域第10项“公共安全”领域提出的“加强对突发公共事件快速反应和应急处置的技术支持；提高早期发现与防范能力”的发展思路一致，属于第62优先主题“重大自然灾害监测与防御”的范畴。通过项目的实施，推动防渗墙质量无损检测领域的基础研究，为工程建设提供技术支持，为相关规程、规范的顺利实施提供技术保障。增强防渗墙质量检测技术整合能力与市场推广能力，促进科学技术迅速转化为生产力。锻炼和培养防渗墙无损检测的科研人才与技术骨干。项目推动技术成果在水利水电防渗工程中应用，改进和拓展后可应用到市政、轨道交通的地下连续墙、挡土墙等工程对象上。项目成果通过会议交流、公开出版、推广宣传、网站与微信息平台建设、生产管理部门技术服务应用等方式，实现共享。2.国内外研究现状1防渗墙施工技术应用现状防渗墙按墙体结构形式分为桩柱型防渗墙、槽孔型防渗墙和混合型防渗墙三类，按墙体材料分为普通混凝土防渗墙、钢筋混凝土防渗墙、黏土混凝土防渗墙、塑性混凝土防渗墙和灰浆防渗墙等，按成槽方法分钻挖成槽防渗墙、射水成槽防渗墙、链斗成槽防渗墙和锯槽防渗墙等。防渗墙浇筑过程是一个多重工序相互配合、相互协调共同完成的系统过程，混凝土浇筑时的泥浆质量、混凝土生产、运输、浇筑等无论哪一个环节出了问题，或是机具突发性的损坏，或是指挥调度失误，都可能引发工程质量问题。如若不能对防渗墙施工质量进行有效的监控，较易发生事故，造成经济损失和工期拖延。以钻挖成槽防渗墙、“水下直升导管法”工艺为例，成墙过程中常见的事故主要有：漏浆、串浆、塌孔、卡塞、堵管、裂管、爆管、掉管、提脱管、筑管、导管上浮、串槽、断桩等。防渗墙构成的防渗体系以其结构重要性、技术复杂性、投资比重大等因素，在水利水电工程中占有重要位置，实际上的应用已经远远超出了防渗的范围，可用来解决防渗、防冲、加固、承重以及地下截流等工程问题。防渗墙的工程作用主要有以下几个方面：①控制闸、坝基础的渗流；②控制土石围堰及其基础的渗流；③防止泄水建筑物下游基础的冲刷；④加固一些有病害的土石坝及堤防工程；⑤作为一般水工建筑物基础的承重结构；⑥拦截地下潜流，抬高地下水位，形成地下水库。防渗墙施工技术于1958年引进我国，在北京密云水库白河主坝坝基防渗墙修建成功后，经不断发展，在各项水利水电工程中建造的混凝土防渗墙已不计其数，其中深度超过40m的防渗墙有近100道，总面积已超过100万m2，最大墙深85m，最大试验墙深100m，许多工程的难度在世界上都是罕见的。40多年来，尤其是改革开放以来，通过大量的工程实践和科学实验，防渗墙施工设备、施工方法不断改进，施工效率不断提高，施工能力不断扩大，我国的防渗墙施工水平已经跨入世界先进水平的行列。2.2防渗墙质量无损检测存在的主要问题防渗墙的主要作用是防渗，工程实体经检测连续完整（即无孔洞、裂缝、夹泥夹砂等缺陷），且通过少量钻孔试验测定其抗渗性能满足要求，再结合其他质量检测及控制成果即可评价墙体质量。如有承载等其他功能要求还需开展其他物理力学方面的检测项目。一般成墙实体检测分三类：钻孔取芯试验、抗渗性能检测、墙体完整性检测。无损检测是防渗墙完整性检测的重要手段，目前，技术上不同程度存在交叉重复、相互矛盾、不健全等问题，检测方法多样、程序复杂、成果多解。防渗墙具有大埋深、薄壁厚、长轴线的特征，不同于常规的无损检测方法所适用的半无限空间对象。需要结合工程特点开展更加深入的研究。《水利水电物探规程》（SL326-2005）中“防渗墙质量检测”一节罗列了几种无损检测方法，规定了对不同方法的要求及简单的原则性的缺陷解释要求，全文仅400字左右，不够具体、不具操作性。2014年9月1日起在河南省实施的地方标准《防渗墙质量无损检测技术规程》（DBJ41/T137-2014）吸收了国内防渗墙无损检测工作的先进经验、国内外防渗墙无损检测的新技术，但颁布不久，宣贯、推广不够深入，且服务对象为河南省范围内。2.3国内外技术发展趋势与现状20世纪70年代以来，国外对塑性混凝土进行了大量试验研究，对塑性混凝土的弹性模量和相对渗透系数进行了探讨，并修建了一批塑性混凝土防渗墙。80年代以来，国际大坝工程界对塑性混凝土防渗墙技术予以了很大的关注，第14、15、17届国际大坝会议上发表了多篇塑性混凝土防渗墙工程的文章。第九届国际土力学和基础工程会议提出了对灌浆混合物和塑性混凝土的比较，该研究计划对灌浆料和塑性混凝土的三轴“应力-应变”强度特性进行了对比。Colbun坝的试验研究评价了6种塑性混凝土的配合比设计。国际大坝会议的研究计划中进行了无侧限压力试验和无侧限不排水压力试验，并把塑性混凝土截水墙施工时应该采用的设计准则加以总结。bucknell大学的试验研究项目以塑性混凝土作截水墙的材料，进行了渗透试验和剪切试验。国外塑性混凝土防渗墙施工亦十分重视质量控制。例如，日本国防渗墙在生产膨润混凝土时，仔细测量膨润土泥浆的比重、粘度、细骨料表面水分等，力保凝土质量均匀。浇筑的混凝土要做塌落度试验、抗压试验、抗渗试验。混凝土成墙后还要在墙内钻孔，用压水试验方法进行抗渗试验。国外防渗墙施工工程中的质量检测均为常规检测，防渗墙质量检测的领先技术主要是利用超声波测孔仪检测防渗墙成孔后的孔形和孔斜，该仪器主要是依靠超声脉冲的发射和接收的时间差，测出传感器与孔壁之间的距离，记录仪在纸带上连续绘制出孔壁形状和孔中心偏斜情况。国外较为典型的测量孔形和孔斜的仪器为日本的KODEN超声波测孔仪，这种方法虽然操作简单、效率较高，但在薄墙和泥浆浓度较大的孔底测量精度较差，且仪器价格非常昂贵。在防渗墙无损检测技术和其他较先进的检测方法中还没有见过相关成果。我国对塑性混凝土的研究始于20世纪80年代初，为了寻求弹性模量低的墙体材料，采用在混凝土中掺加粘土成份、粉煤灰和减水剂的方法，但成效不明显。80年代中期，长江水利委员会科学研究院曾对长江三峡水电站深水围堰柔性心墙的应力应变进行理论计算和分析研究。1988年9月新疆乌拉泊水库除险加固工程中，在坝顶修建一道塑性混凝土防渗墙，最大墙深50m，墙厚0.8m，这是塑性混凝土防渗墙在我国的最初试验应用，华北水利水电学院曾对该坝采用塑性混凝土防渗墙作了有限元计算。1989年3月，福建水口水电站主围堰首次将塑性混凝土用于围堰防渗墙，并取得了良好的效果。随后在许多大中型水电工程中推广应用，如小浪底主坝、水口水电站二期上围堰、丹江口水库副坝、隔河岩电厂围堰、岳城水库大副坝、凤亭河水库主坝等。1997年底，三峡工程大江截流成功后，长江科学院推荐的防渗墙塑性混凝土施工配合比开始在二期围堰防渗墙的试验段进行试验性施工。防渗墙质量检测工作量大，覆盖面广，质量问题复杂多样、规律性差，传统的钻孔、开挖、围井等有损方法费时费力，局限性很大，利用物理探测手段进行防渗墙质量检测成为必然的发展方向。国内的试验研究工作虽然比国外晚一二十年，但进展比较迅速。尤其是中国水利水电基础工程局和清华大学水利系等单位率先开展该项课题的试验研究工作，取得了丰硕成果，推动了混凝土防渗墙技术的发展。国内外所做的研究成果普遍侧重于它在实际工程中的应用，对不同建筑材料本身的材料性能缺乏系统的试验研究，郑州大学、长江科学院等单位做了大量的试验研究，取得了一批成果。近年来随着混凝土防渗墙在水电工程中的广泛使用，混凝土防渗墙质量检测技术的研究也得到了全面发展，混凝土防渗墙质量检测问题已成为我国工程地球物理学者研究的热门问题之一，混凝土防渗墙成了地球物理方法实验研究的热门对象，投入了弹性波CT、反射地震、瑞雷面波、震动映像、振动分析、可控源音频大地电磁、地质雷达等方法，对这些方法进行了系统的分析、实验、比较和评价，取得了一些成果。1994年,黄河水利委员会冷元宝、朱文仲等人将弹性波层析成像(CT)应用到小浪底水利枢纽防渗墙质量中。2000年，刘江平等人开展了浅层地震技术在防渗墙质量检测方面中的应用研究，采用浅层地震反射波和瑞雷面波法相结合，对黄河大堤防渗墙质量进行了检测。2000年，黄河水利委员会对黄壁庄水库（全国43座重点病险水库之一）副坝防渗墙（全长4858.8m、设计墙厚0.8m、墙深40~68m不等，墙体混凝土设计强度10MPa。截渗墙的墙体长度和墙体面积均为当时的世界之最。）采用多种方法进行了测试，优选了垂直反射法和瞬变电磁法对截渗墙进行普查，然后对查出异常的地段作跨孔弹性波CT详查，进而确定异常位置，进行钻孔取芯。2000年12月，黄河水利委员会冷元宝、朱文仲等人对山东梁山黄河下游大堤截渗墙进行了综合检测。采用的检测方法包括垂直反射法、面波映像法、同位素示踪法、地质雷达和弹性波CT技术。2001年10月，长江水利委员会肖柏勋等人开展了堤防截渗墙质量无损检测的有效性试验研究,确定了以可控源音频大地电磁测深(CSAMT)法为主,高密度多波列地震影像法和垂直反射法为辅的普查法，对重点异常堤段再用弹性波CT方法和钻孔取芯法为详查法的综合探测方案。2002年3月,黄河水利委员会将动测法用于混凝土截渗墙质量检测，从弹性波传播规律和特征、检测仪器配置与检测方案和信息处理等多个领域进行试验研究与创新。2002年至2003年，天津市水利科学研究所进行了瑞雷面波在水泥土搅拌墙无损检测中的应用研究。2003年，罗沙等人利用理论分析和蜡制模型验证将瑞雷面波在半无限空间介质的传播引伸到墙状介质中应用检测防渗墙质量。2003年，余才盛从长江堤防隐蔽工程截渗墙质量检测工作的迫切需要出发，对当前主要的检测方法进行了分析筛选，以可控源音频大地电磁测深(CSAMT)法为主，对长江堤防防渗墙进行了探测研究。2004年，王山山等人采用一种基于振动理论的防渗墙结构无损检测方法，将现场测试和数值模拟相结合，研究了防渗墙在不同损伤情况下的动力特性及其变化规律。2005年，蔡靖等人应用高密度震动映像法进行模型墙试验。1999年高建东、2001年张升光、2005年肖自龙等采用地质雷达检测地下连续墙。2009-2012年，黄河水利委员会周杨、王锐等人利用探地雷达、弹性波CT开展了防渗墙完整性检测、抗渗性能检测研究与大量应用，开展了防渗墙质量评价探索。3研究内容、研究目标、以及拟解决的关键问题；3.1研究目标通过开展模型模拟技术研究、试验设计研究、模型试验方法研究、仪器设备校验方法研究，编制技术覆盖全面的《防渗墙质量无损检测技术手册》，为整套技术的推广应用、成果转化奠定基础。通过信息采集、市场调研、交流合作、技术宣传等手段，扩大黄河水利科学研究院防渗墙无损检测技术的影响力，服务生产、拓展市场，计划在2年内完成合同额不低于80万元，力争完成160万元以上。7.研究基础和工作条件（说明申报选题与团队发展方向的一致性，与已承担的国家科技支