綜合物探方法在大壩滲漏探測中的應(yīng)用

肖長安 王國瀅 曾憲強(qiáng) 何世聰 鄧安迪

綜合物探方法在大壩滲漏探測中的應(yīng)用

肖長安 王國瀅 曾憲強(qiáng) 何世聰 鄧安迪

（中國水電顧問集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院 云南昆明 650041）

本文介紹了包括自然電場法、偽隨機(jī)流場擬合法在內(nèi)的多種物探方法在云南某水電站大壩滲漏檢測中的應(yīng)用情況。通過選擇兩種或兩種以上物探方法在水庫大壩滲漏探測上的應(yīng)用，充分發(fā)揮了各種物探方法的優(yōu)勢，取長補(bǔ)短、相互驗(yàn)證，從而提高了物探成果的可靠性和準(zhǔn)確性，并通過對現(xiàn)場地質(zhì)、水位觀測資料的大量收集分析，為最終物探成果的綜合解釋提供了強(qiáng)有力的依據(jù)。本文總結(jié)了綜合物探方法在水庫大壩滲漏探測中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，初步探討了綜合物探方法與單一物探方法相比具有的優(yōu)點(diǎn)。

綜合物探 水庫大壩 滲漏

引言

目前，隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的進(jìn)一步實(shí)施，各種水庫、電站正處于建設(shè)的高潮。一些電站、水庫建成運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)不同程度的滲漏問題。眾所周知，滲漏是堤壩的大害，如不及時(shí)處理可能會(huì)造成潰壩的危險(xiǎn)，影響電站、水庫的正常運(yùn)行，嚴(yán)重者甚至威脅到電站、水庫的安全，給國家和人民生命財(cái)產(chǎn)造成不可估量的損失。

在對滲漏進(jìn)行工程處理之前，必須先查清滲漏或管涌的區(qū)域、滲漏的路徑、滲漏的規(guī)模等等。但是如何有效、準(zhǔn)確地查清水庫大壩滲漏區(qū)域、滲漏路徑一直是困擾著水電勘測單位的問題。以往解決該問題的方法主要是現(xiàn)場觀察，水位觀測資料分析、地質(zhì)鉆孔資料及單一的物探方法等等，但這些方法均有其局限性。首先現(xiàn)場觀察、水位觀測資料分析，只能對水庫或大壩是否存在滲漏進(jìn)行定性判定，而對其具體位置、路徑及規(guī)模均無法判定。地質(zhì)鉆孔造價(jià)高，效率低且鉆孔資料只是“一孔之見”，不能全面反映水庫大壩的滲漏情況。由于物探方法存在多解性，且一種物探方法不能解決所有的問題，其探測成果準(zhǔn)確率低、精度低。本文擬采用綜合物探方法對水庫、大壩滲漏進(jìn)行綜合探測，以達(dá)到提高探測精度和準(zhǔn)確率的目的。此外筆者在進(jìn)行資料解釋時(shí)，收集了相關(guān)的地質(zhì)資料、水位觀測資料以及現(xiàn)場滲水點(diǎn)的觀察資料（含照片、坐標(biāo)等）進(jìn)行綜合分析，從而提高了探測成果的可靠性、準(zhǔn)確性以及精度。

1 綜合物探方法

綜合物探方法就是采用兩種或兩種以上的物探方法對目的體進(jìn)行綜合探測。物探方法選擇的原則是，首先盡量選擇不同物性參數(shù)的物探方法進(jìn)行組合，使得測試參數(shù)多樣化，從不同的物性參數(shù)角度來表現(xiàn)同一個(gè)探測目的體；其次在探測深度上應(yīng)遵循“深淺相結(jié)合”的原則，即應(yīng)選擇探測深度淺精度高和探測深度大精度相對較低的方法進(jìn)行組合，使探測信息更加豐富、完整，解釋成果更加全面，對工程的設(shè)計(jì)施工更加富有指導(dǎo)意義。

筆者根據(jù)多年的物探工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出對于水庫、大壩滲漏探測的一套綜合物探方法以及資料分析解釋的方法。

（1）首先，在開展水庫、大壩滲漏探測前，應(yīng)對現(xiàn)場進(jìn)行踏勘，收集大壩、水庫相關(guān)的設(shè)計(jì)、地質(zhì)、水位監(jiān)測、安全鑒定等資料。此外，還應(yīng)對大壩附近區(qū)域進(jìn)行觀察，察看是否有明顯的滲水點(diǎn)，并收集相關(guān)資料以便進(jìn)行資料分析解釋。

（2）物探方法的選擇。目前能用于水庫、大壩滲漏的物探方法很多、很雜，在此推薦一個(gè)綜合物探方法供讀者參考，就是采用自然電場法、偽隨機(jī)流場擬合法、激發(fā)極化法和示蹤法進(jìn)行綜合探測。

（3）工作思路。首先采用自然電場法（電位觀測法）和偽隨機(jī)流場擬合法，對水庫進(jìn)行面積性普查，在發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)域內(nèi)進(jìn)行加密測試，準(zhǔn)確圈出滲漏異常區(qū)域；其次，在水庫庫岸和大壩壩頂、壩后背水面采用自然電場法（電位觀測法和梯度法）和激發(fā)極化法進(jìn)行綜合探測，確定滲漏的類型（繞壩、壩體、壩基滲漏）以及滲漏通道的深度；最后在庫內(nèi)發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)投入示蹤劑在下游進(jìn)行觀測，以確定滲漏的通道路徑，在觀測的同時(shí)應(yīng)記錄下投入示蹤劑的時(shí)間和示蹤劑在出水口流出的時(shí)間，計(jì)算滲流速度，再結(jié)合滲漏水量進(jìn)行滲漏規(guī)模推算。

（4）測線的布置。在測區(qū)內(nèi)按網(wǎng)格狀布置測線。

（5）資料的分析解釋。在測區(qū)內(nèi)應(yīng)將同測線不同方法和同一種方法不同深度成果進(jìn)行對比分析，判斷是否存在異常。通過對所有測線進(jìn)行分析對比，找出滲漏區(qū)域后，再結(jié)合工作前收集到的相關(guān)資料進(jìn)行綜合分析論證，提高探測成果的可靠性和準(zhǔn)確性。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1工程概況

云南某電站大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高61.5m，壩頂高程618m,壩頂長330m，壩頂寬8m，上游設(shè)高1.2m的防浪墻。趾板開挖最低高程為556.5m，上、下游壩坡均采用1∶1.4。大壩坐落在覆蓋層上，趾板下采用80cm厚混凝土防滲墻接基巖帷幕灌漿，帷幕透水率5Lu。

該水電站2007年5月正式開工，2010年7月19日開始下閘蓄水，蓄水后壩腳即出現(xiàn)明顯滲漏，至2011年9月水庫蓄水至正常水位時(shí)滲漏量約220L/s，與類似工程相比，滲水量偏大。因此，業(yè)主方要求查明水庫、大壩滲漏的區(qū)域、滲漏的類型、滲漏的通道及滲漏規(guī)模。

2.2工程地質(zhì)情況

壩基左岸主要為長石石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖夾少量炭質(zhì)泥巖，弱風(fēng)化，巖體結(jié)構(gòu)完整性較好，發(fā)育節(jié)理主要為層節(jié)理，巖層產(chǎn)狀為N55°～80°W，NE∠50°～75°。右岸主要為泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾炭質(zhì)泥巖，巖體完整性差，節(jié)理發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化-弱風(fēng)化，巖層產(chǎn)狀N15°E，NW∠35°。

左岸趾板基礎(chǔ)為弱風(fēng)化長石石英砂巖，巖體完整性較好，層節(jié)理較發(fā)育；右岸趾板基礎(chǔ)大部分為弱風(fēng)化基巖，巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾少量長石石英砂巖，其中趾板X6～X9點(diǎn)段主要為強(qiáng)風(fēng)化。

2.3物探方法

根據(jù)任務(wù)要求，采用了自然電場法和偽隨機(jī)流場擬合法在庫區(qū)內(nèi)水庫底部和淺部開展普查工作，在發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)進(jìn)行加密測試，確定滲漏區(qū)域后，在異常區(qū)域內(nèi)投入食鹽，在壩后量水堰進(jìn)行了電阻率測試。

2.4工作布置

共布置27個(gè)剖面，其中，自然電場法剖面21個(gè)，測點(diǎn)距5m；偽隨機(jī)流場擬合法剖面20個(gè)，測點(diǎn)距5m；電阻率剖面法剖面2個(gè)，測點(diǎn)距5m。剖面主要布置在水庫區(qū)，大壩、量水堰及壩肩均有少量布置。剖面布置遵循“從左至右，從上到下，縱橫交錯(cuò)”的原則。具體剖面布置見圖1。

圖1 云南某電站大壩滲漏檢測物探工作布置及滲漏區(qū)域平面分布圖

2.5綜合物探資料解釋

2.5.1 滲漏異常區(qū)

圖2為H6剖面綜合物探成果圖。從圖中可以看出，電流密度曲線在剖面樁號(hào)0～180m段處于低值范圍，無明顯異常。190～240m段庫底探測曲線有一高值異常，幅度較低，范圍較寬。淺部探測曲線無明顯異常。270～295m段有一明顯高值異常，為庫水垂直滲漏引起。295～305m段電流密度值恢復(fù)正常。自然電位曲線在5～50m段仍有低值異常，淺部探測值與庫底探測值差異較大，但基本保持平行。在270～300m段，淺部與庫底探測均有低值異常，為庫水垂直滲漏引起，與相應(yīng)位置的電流密度高值異常對應(yīng)很好。

圖3和圖4為水庫底部電流密度和自然電位等值線圖。從圖中可以看出，圖3電流密度高值異常區(qū)與圖4自然電位負(fù)值異常部位為同一位置的異常反映，推測為水庫滲漏區(qū)。

2.5.2 滲漏類型分析

（1）繞壩滲漏的可能性。圖5為水庫右岸Z14剖面的自然電位變化曲線圖。從圖中可以看出，剖面小樁號(hào)至大樁號(hào)自然電位值均有先增大后減小的趨勢。Z14剖面80～180m段均有高電位異常反映，且異常幅度較大，說明右岸壩肩地下水位遠(yuǎn)高于庫水位。滲流層較大的壓差，能形成較強(qiáng)的自然電場，這就排除了繞壩滲漏的可能性。

圖2 H6剖面綜合物探成果圖

圖3 庫底電流密度等值線圖

圖4 庫底自然電位等值線圖

圖5 剖面Z14自然電位變化曲線圖

（2）壩基滲漏的可能性。滲流區(qū)位于右壩肩趾板X6～X9帷幕灌漿區(qū)的護(hù)坡錨拉板區(qū)，該區(qū)地質(zhì)條件較復(fù)雜，巖石為軟巖類，巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾少量長石石英砂巖，受F15斷層和Gb1擠壓帶及小斷層影響，巖石破碎，巖體結(jié)構(gòu)為Ⅳ類。基礎(chǔ)開挖時(shí)在趾板X6～X9段潮濕，局部見滲水現(xiàn)象。軟巖類的泥巖開挖卸荷后，開挖面易失水干裂產(chǎn)生裂隙，該裂隙會(huì)繼承原構(gòu)造裂隙發(fā)育，順層或追蹤裂隙貫通形成滲漏通道。以上情況說明，裂隙發(fā)育的軟質(zhì)巖石地基仍有較好的透水性，壩的右半部分存在壩基淺表滲漏的可能性。

（3）壩體滲漏的可能性。右壩肩趾板X6～X9帷幕灌漿雖按5Lu進(jìn)行設(shè)計(jì)，若存在施工缺陷，滲漏區(qū)滲水可穿帷幕進(jìn)入壩體和下滲至地基。從大壩水位監(jiān)測孔的水位分析中可以看出，大壩絕大部分鉆孔浸潤線均較低，但DB-HW-04孔忽然壅高，說明壩體存在局部滲水通道。

2.5.3 滲漏路徑

圖6為下游量水堰投鹽前、后水體電阻率變化曲線圖。從圖中可以看出，在投鹽后前3次觀測水體電阻率值與水體的原始電阻率無明顯差異，而投鹽后第4次觀測水體電阻率明顯低于未投鹽時(shí)和前3次觀測的電阻率。這說明此時(shí)庫內(nèi)異常區(qū)域的鹽水已經(jīng)滲漏至量水堰。這也充分說明了庫內(nèi)發(fā)現(xiàn)的滲漏區(qū)域與量水堰是連通的，量水堰中的水系庫內(nèi)滲漏區(qū)域滲出的，庫水由滲漏異常區(qū)經(jīng)過壩基和壩體流向下游量水堰。

2.5.4 流速估算

投鹽約18h后量水堰水體電阻率發(fā)生陡降，說明鹽水由庫內(nèi)滲漏異常區(qū)至量水堰所需的時(shí)間約18h，路徑長度（按直線算）約237m。這樣可估算出滲漏水的流速約為13.2m/h，滲漏水流速較低，可推測該電站的水庫大壩無集中滲漏通道。

圖6 剖面JS1電阻率變化曲線圖

3 結(jié)束語

（1）本次采用自然電場法、偽隨機(jī)流場擬合法和電阻率剖面法的綜合物探方法對云南某電站大壩滲漏進(jìn)行探測，查明了該電站水庫的滲漏區(qū)域。結(jié)合設(shè)計(jì)、地質(zhì)及水位監(jiān)測資料進(jìn)行綜合分析，查明了該水電站水庫滲漏類型是壩基和壩體滲漏兩種綜合的結(jié)果。查明了該水電站水庫滲漏的路徑并估算出滲流速為13.2m/h，推測為無集中滲漏通道。

（2）本次采用綜合物探方法在水庫滲漏探測方面取得了較好的效果，為今后物探工作的開展拓寬了思路，打破了以往使用單一物探方法探測的常規(guī)思維。

（3）物探方法為間接探測的方法，影響其探測解釋成果的因素很多，如地形影響，電磁類方法還會(huì)受電磁干擾等。因此采用多種物探方法相互驗(yàn)證、相互補(bǔ)充是提高物探成果的有效方法之一。

（4）開展物探工作時(shí)，必須以地質(zhì)調(diào)查工作為先導(dǎo)，了解測區(qū)的工程地質(zhì)概況、水文資料等為后期資料的處理和成果的分析提供依據(jù)。

（5）綜合物探方法的優(yōu)勢在于采用兩種及以上常規(guī)物探方法，各自發(fā)揮其優(yōu)勢，取長補(bǔ)短，相互補(bǔ)充，相互驗(yàn)證，以達(dá)到提高探測效果和解釋精度的目的。在物探方法選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的探測深度、精度的要求，選擇不同物探方法進(jìn)行組合。此外，在選擇物探方法時(shí)應(yīng)根據(jù)情況盡量選擇不同物性的方法進(jìn)行組合，對提高探測成果準(zhǔn)確性和可靠性更有益處。

1 中國水利電力物探科技信息網(wǎng). 工程物探手測[M]. 北京：中國水利電力出版社，2011：79-200.

2 DL/T5010—2005. 水電水利工程物探規(guī)程[S]. 北京：中國電力出版社，2005.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.02.017

P631

B

1672-2469（2014）02-0054-04

肖長安（1977年- ），男，高級(jí)工程師。