趙敬川 ，陳 亮 ，梁 越 ，王宇銘 ，陳 雷，丁小闖

(1.河海大學巖土力學與堤壩工程教育部重點實驗室，江蘇南京210098；2.河海大學 巖土工程研究所，江蘇 南京 210098；3.重慶交通大學 國家內河航道整治工程技術研究中心，重慶400074；4.杭州海康威視數(shù)字技術股份有限公司，浙江杭州310052)

0 引 言

隨著大量土木工程的興起及對環(huán)境要求的不斷提高，防滲材料的消耗量日益增加，已廣泛用于環(huán)保環(huán)衛(wèi)、固廢垃圾填埋等多類工程的防滲。

國內外研究調查發(fā)現(xiàn)，在填埋場人工襯層鋪設期間，人為或機械的不規(guī)范操作會使襯層破損，并且在接縫處容易留下孔隙；在運營期間，由于地基不均勻下陷、縮性形變、機械破損、化學腐蝕等原因引起HDPE膜滲漏。早在1978年，USEPA就報道過所有的垃圾填埋場都會滲漏[1]。據報道，美國每平方千米的防滲層中有2 251個漏洞；意大利的25個填埋場平均每平方千米有1 532個漏洞；加拿大和法國的11個單土工膜襯層的填埋場中每平方千米有203個漏洞。如果這些漏洞不及時被發(fā)現(xiàn)和修補，垃圾滲濾液將會透過孔隙進入地下水和土壤[2]。

2007年6月1日正式實施的《生活垃圾衛(wèi)生填埋場防滲系統(tǒng)工程技術規(guī)范》(CJJ 113-2007)規(guī)定[3]:“防滲系統(tǒng)工程施工完成后，在堆填垃圾之前，應對土工膜防滲系統(tǒng)進行全面的滲漏檢測，并確認合格 ?！?/p>

目前我國填埋場滲漏探測方法的研究才剛剛起步，各種方法仍然處在實驗研究階段。黃仁華等[4]探討垃圾填埋場防滲土工膜施工破壞的各種情況以及施工保證措施，著重介紹了電學滲漏位置探測的兩種主要方式:雙電極法和水槍法；史進等[5]簡述了垃圾填埋場防滲土工膜由于施工造成的破壞情況，并指出了電學法是較好的檢測方法；高康等[6]介紹了電學滲漏探測方法在我國3個新建垃圾填埋場進行滲漏探測的應用情況；劉會肖等[7]介紹了土工膜電學破損滲漏檢測在唐山中心垃圾填埋場的實踐應用。

一些學者為準確定位垃圾填埋場的滲漏孔洞，也提出了相關的計算模型。楊萍等[8]將漏洞電流可視為電流流入端的負電流源和電流流出端的正電流源，建立了填埋場滲漏檢測高壓直流電法模型；潘俊峰等[9]利用基于雙電極法的偶極子檢測和基于電極柵格法的區(qū)塊化檢測裝置，對重慶某生活垃圾填埋場進行了防滲層高密度聚乙烯(HDPE)膜完整性檢測。

綜上，電學滲漏位置探測在實際工程中得到了廣泛的應用，但是，該方法往往要考慮漏洞電流對整個防滲膜系統(tǒng)電勢的影響，通過建立地電模型，再與實測結果進行對比，最終判斷漏洞位置。這些方法的實施過程較為復雜，測量、數(shù)據處理等工作量大，不易掌握，而且對測量設備的要求也比較高，很難實現(xiàn)對防滲膜系統(tǒng)滲漏位置的準確探測。

本文以江蘇某垃圾處理場防滲膜滲漏位置探測為背景，針對防滲膜破損及滲漏位置難以探測準確的問題，嘗試設計了一種新的防滲膜滲漏位置探測方法:孤立滲漏系統(tǒng)的電勢差法。希望日后在類似的防滲膜滲漏位置探測工程中得到推廣使用。

1 工程概況

江蘇某地垃圾處理場工程位于長江邊，距長江主江堤西南側約1 km。工程占地面積約21.67 hm2，填埋場日處理規(guī)模470 t/d。填埋場總庫容218.5×104m3，服務年限14 a(2008年—2021年)，最大堆體厚度35.0 m，滲濾液調節(jié)池庫容2.5×104m3。

垃圾處理場庫區(qū)采用水平防滲系統(tǒng)進行防滲，防滲層采用雙層光面HDPE土工膜及GCL土工聚合粘土襯墊，隔離層、保護層、地下水導排層及支撐層等采用了有紡土工布、無紡土工布、土工復合排水網及導排碎石。庫區(qū)防滲膜下設置地下水及滲瀝液收集導排系統(tǒng)。

在防滲施工工程完成后，填筑垃圾之前，對復合土工膜的防滲能力與完整性進行檢測，以判別防滲系統(tǒng)是否達到要求。

2 垃圾處理場復合土工膜完整性檢測

由于復合土工膜上部已經進行了墊層施工，所以無法用觀察法進行檢查，抽樣檢查方法又可能漏掉不合格的位置，經過研究，采用電勢差的方法進行監(jiān)測。

2.1 探測方法及原理

電勢差方法采用高壓脈沖電源通過供電電極對防滲膜上下兩側施加電勢，兩個供電電極位置固定；在防滲膜上部探測區(qū)域內設置一個固定電極和一個移動電極，固定電極的位置不變，移動電極按(1 m～5 m)×(1 m～5 m)的形狀布置測點；對預測范圍探測前，先要對該范圍內的焊縫進行探測，防止由于焊縫產生的電流滲漏對HDPE表面膜的探測帶來影響；測量時，供電電極上施加一個高壓脈沖，測量并記錄固定電極與移動電極的電勢差，直至所有測點均測量完畢。

鑒于防滲膜的電絕緣性，當防滲膜完好無損時，供電回路中沒有或僅有少量電流流過，整個區(qū)域內電勢差分布均勻；而當防滲膜上有漏洞時，在漏洞位置膜的絕緣性遭受破壞，會有電流通過漏洞，從而使得該處電勢差發(fā)生畸變，據此即可對漏洞進行準確定位。探測原理如圖1(圖中1-1是供電正電極，1-2是供電負電極，3是移動電極，4是固定電極)。

圖1 電勢法滲漏探測原理

2.2 滲漏探測結果與分析

測量中，先固定下提供測量電勢的兩個電極，形成穩(wěn)定的電勢場，在測量過程中，首先固定測量極的一端，并根據測量的精確要求確定另一測量極測量點的分布，在本工程中，確定了測量點的東西向間距為2 m～3 m，南北向間距為4 m，對測量點的電勢大小沿東西走向逐次測量，對于測量到的電勢分布，進行逐一分析，并最終匯總。對于理想的電勢場分布，其測量結果有如圖2所示幾種情況:

圖2 測量走向

在電勢場的中心為高電勢，周圍為低電勢，如果測量走向沿1所示情況，則測量值會隨測量方向而逐漸減??；如果測量走向沿2所示情況，則測量值會隨測量方向而逐漸增大；如果測量走向沿3所示情況，則測量值會隨測量方向而先增大后減小，同樣，如果沿走向3的反方向測量，則測量值會隨測量方向而先減小后增大。

2.2.1 滲漏位置的初判

測量結果表明，位于整個測量區(qū)域的東半部分的第二分區(qū)有明顯的電勢差畸變處，為可疑區(qū)，其他分區(qū)未見電勢差異常。該分區(qū)東西寬約80 m，南北長約140 m。測量點的東西向間距為2 m～3 m，南北向間距為4 m。本區(qū)域約有測量點1 100個。測量區(qū)域分布及電極分布如圖3，圖4為測量區(qū)域內電勢測量值匯總圖。圖5為測量區(qū)域整體電勢二維分布圖。

圖3 第二分區(qū)位置及電極分布圖

從圖4和圖5可以看出，可能漏洞坐標位置位于Y=88 m、X=-24 m附近，漏洞位置附近的電勢差明顯不同于無漏洞處的電勢差，直觀易辨。

2.2.2 滲漏位置的確定

為了精確判定漏洞的位置，對可能漏洞附近做了進一步檢測，檢測在Y=88 m的兩側Y=87 m及Y=89 m進行測量，測量的結果如圖6。

圖4 測量區(qū)域內電勢測量值匯總圖

圖5 測量區(qū)域整體電勢二維分布圖

圖6 Y=87 m、Y=89m電勢測量值匯總圖

圖6中的數(shù)據是在雨停后得到的，處理場底表面水分蒸發(fā)，導電性能變弱，因此電勢大小與上午得到的數(shù)據有差別。從圖6中可以看出，Y=87 m沿線的極小值較Y=89 m沿線的極小值更小，為了確保測量結果的準確性，在Y=88 m、X=-24 m附近1 m以內測量多個電勢值，得到在位置坐標為Y=87.5 m、X=-24 m處電勢差取得最大值，即最終確定漏洞中心位置坐標為Y=87.5 m、X=-24 m，并在現(xiàn)場作了標記。

2.2.3 漏洞位置的復檢

對所判滲漏位置進行開挖后，發(fā)現(xiàn)一個約20 cm寬的不規(guī)則破損孔洞，位置與所做標記吻合，如圖7。經溯源，此破損為砂礫石層施工過程中機械不小心破壞的結果。

圖7 實際土工膜破損孔洞

對土工膜破損孔洞修補以及碎石層回填恢復后，在滲漏位置附近進行復檢，以免某滲漏點對鄰近可能滲漏點的電勢產生影響和遺漏。復檢數(shù)據顯示:該區(qū)域的電勢差整體趨于正常，不再存在電勢差畸變區(qū)，準確地驗證了該位置初檢的電勢差異常正是由于所發(fā)現(xiàn)破損孔洞引起的。

2.3 驗證試驗

上述結果表明:所測電勢差值畸變處，即為漏洞位置。為進一步驗證這一觀點，現(xiàn)場先后設計了5個不同程度的破損(破損孔洞直徑為10 cm～1 m)，并進行相應的電勢差測量。

實測結果顯示:凡設計的破損孔洞處，電勢差均出現(xiàn)了明顯的畸變；在破損孔洞修補及碎石層回填后，電勢差恢復正常狀態(tài)，驗證了上述觀點，證實了電勢差法進行復合土工防滲膜滲漏位置探測的可行性。

此外，也反演出一種判定破損面大小及位置的方法:當所測點的相對電勢差 Δ U為0.01時，該點即為破損孔洞的大致邊緣點，再結合滲漏孔洞中心的位置，確定整個破損面的大小及位置。

式中:U0為孔洞中心的電勢差；U為孔洞附近檢測點的電勢差。

實測設計孔洞相關數(shù)據見表1。

由表1可看出，破損孔洞的邊緣位置的相對電勢差值都大致在0.01左右，一般接近于0.01，故將相對電勢差值取為0.01，作為判定破損孔洞邊緣的相對電勢差標準值，以大致確定整個破損面的大小及位置。現(xiàn)場實際發(fā)現(xiàn)的破損孔洞兩個邊緣的電勢差分別為-62.1734、-62.2919，而在滲漏孔洞中心測得的電勢差為-62.799，則兩個邊緣處的相對電勢差分別為0.00996、0.00807，均接近于0.01，較好的驗證了上述判定破損面的方法。

表1 設計孔洞的各項電勢差值

3 結 論

(1)電勢差滲漏探測法是一種無損測量方法，利用防滲膜滲漏處的電勢差分布會發(fā)生畸變的原理進行防滲檢測，測量結果直觀；

(2)實際垃圾處理場滲漏孔洞探測結果表明，孤立防滲系統(tǒng)滲漏位置探測的電勢差法對滲漏孔洞探測結果與實際土工膜破損處對應，有較好的適用性。

(3)通過驗證試驗，反演出一種判定滲漏破損面的方法:當所測點的相對電勢差為0.01時，該點即為破損孔洞的大致邊緣點，進而確定整個破損面的大小及位置。

[1]White C C，Barker R D.Electrical leak detection system for landfill liners:a case history[J].Ground Water Monitor Remediation，1997，17(3):153-159.

[2]Cregory P.Van，Stephen K.Park，Patrick Hamilton.Monitoring leaks from storage ponds using resistivity methods[J].Geophysics，2002，56(8):1267-1270.

[3]中華人民共和國建設部.CJJ 113-2007.生活垃圾衛(wèi)生填埋場防滲系統(tǒng)工程技術規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007:19-20.

[4]黃仁華，高 康.電學滲漏檢測在防滲土工膜施工質量保證中的應用[J].有色冶金設計與研究，2007，28(2):241-246.

[5]史 進，薛貴挺.電學滲漏檢測在防滲土工膜完整性檢測中的應用[J].環(huán)境保護科學，2007，33(6):78-80，84.

[6]高 康，蘭吉武.電學滲漏探測法用于垃圾填埋場防滲土工膜施工的破壞分析[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2008，16(1):16-18.

[7]劉會肖，劉景良，高 康.電學土工膜滲漏檢測在垃圾衛(wèi)生填埋場的應用[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2007，15(4):5-6，10.

[8]楊 萍，董 路，王 琪.單合成襯層填埋場滲漏檢測的多介質模型[J].中國環(huán)境科學，2008，28(1):63-67.