高密度電法探測在登云水庫大壩滲漏勘察中的應用

(福州潤禹工程咨詢有限公司，福建 福州 350001)

1 工程概況

登云水庫位于福州市東部登云村，距福州市區5km，是福州市城區水庫管理處管轄的3座水庫之一，是一座以防洪為主，結合灌溉等綜合利用的小(1)型水庫。水庫工程于1955年6月動工興建，1956年12月竣工，1966年擴建，1969年竣工，2014年進行了大壩除險加固處理。水庫所在河流為登云干流，水庫壩址以上集雨面積5.85km2，主河道長度4.45km，河道比降64.6‰。該水庫下游為福州鐵路東站及東郊居民區，保護人口40余萬，水庫的安全運行對下游廣大群眾的生命財產和經濟建設至關重要。

由于種種歷史原因，水庫大壩工程質量未達到現行規范要求。當大壩下游壩坡水庫水位超過47.00m時，大壩右側高程31.00～34.00m之間、樁號0+010～0+030處有濕坡現象。高水位時，壩體與右岸坡交界處，在高程約34.00m處有一集中漏水點，水質清澈，漏水量隨庫水位升降而變化。而且理論計算大壩繞壩總滲漏量為0.62L/s、壩基總滲漏量為0.79L/s，現場觀察輸水涵洞存在少量滲漏。登云水庫在2011年第一次大壩安全評價中被評為三類壩，主要問題包括大壩滲漏、防浪墻開裂、下游壩腳排水設施不完善、大壩安全監測設施不完善、輸水涵洞漏水、金屬結構老化及白蟻蟻患等工程問題。2014年福州市城區水庫管理處對登云水庫進行除險加固，對于第一次安全鑒定提出的水庫滲漏問題，在水庫大壩壩體采用單管高壓旋噴灌樁防滲措施。旋噴樁孔位沿壩軸線布置，灌漿范圍為樁號0+000～0+164(以左壩端為零樁號)。大壩深度小于15m的壩段，樁號0+000～0+039.6及0+134.1～0+164，布設單排單管高壓旋噴灌漿，孔距0.45m；大壩深度大于15m的壩段，樁號0+039.6～0+134.1，布置兩排孔，梅花形布孔，排距0.40m，孔距0.45m，樁徑0.6m。旋噴樁防滲墻底部深入壩基：河床部位深入至弱風化巖的頂板；兩岸的壩肩段滲入強風化巖1m。

加固后通過現場勘測調查，大壩基本按設計完成加固任務，水庫大壩的濕坡現象基本消失，壩體與岸坡交接處漏水點漏水現象基本解決。

2017年登云水庫迎來新一輪的安全鑒定。新一輪的安全鑒定采用物理探測方法對水庫大壩內部密實性情況以及是否存在滲水情況進行探測，以驗證上一輪水庫除險加固中實施的旋噴樁防滲墻措施的可靠性。

2 物理探測方法技術

目前主要使用的探測大壩滲漏隱患的技術方法有電磁法、地質雷達法和流場法等。考慮到登云水庫的實際情況以及物探技術應用的成熟情況，決定對登云水庫采用高密度電法進行大壩滲漏隱患探測。

2.1 基本原理

高密度電法是一種集中了電剖面法和電測深法的地學層析成像技術(Geotomography，縮寫GT)。主機通過一對供電極對大地供電，利用一對觀測電極沿著剖面逐層、逐點地對電位、電流等地電參數進行觀測，通過高密度電法儀器自動記錄，并計算出各測點的視電阻率值。通過計算機對視電阻率剖面分析處理，得出剖面地下電性層的空間分布特征，再結合相關的資料綜合分析視電阻率剖面的異常情況，推測出勘探測線位置地層是否存在著不良地質體，如滲水區、構造破碎帶、空洞、軟弱夾層等。

高密度電法探測優點如下：

a.電極設備布設都是一次性完成，可大大減少因電極設置而引起的故障及干擾，便于數據的快速采集。

b.高效的多種電極排列方式的掃描測量，可以方便地獲取關于地電斷面結構特征的地質信息。

c.數據采集的自動化不僅加快了數據采集的速度(大約每2～5s采集一個測點信息)，還能避免出現各種手工誤操作，保證資料的準確性。

d.資料的收集成果可以進行預處理，并顯示剖面形態，還可自由打印各種成果圖件，效率高，信息直觀豐富，便于分析，解釋方便。

2.2 物探方法測線布設

登云水庫為黏土心墻壩，最大壩高23.1m，壩頂寬度4.2m，背水坡下游設有一馬道，寬度6.2m。登云水庫物理探測根據現場的實際情況，共布設了2條高密度電法測線，分別為：?在大壩壩頂布設一條高密度電法測線，即測線a，測線a長240m，點距控制在4m，一共布設了60道；?在大壩背水坡的中間馬道的位置、測線a南西方向約25m處布設另一條高密度電法測線，即測線b，測線b長度同樣為240m，點距4m，同樣也布設60道。

物探測線里程編號是從大壩的右壩(北西)往左壩(南東)順序編號，而大壩樁號是從大壩左壩溢洪道(壩頂軸線)往右壩順序編號。里程樁號為0+000～0+164的，物探里程19m對應的壩頂軸線樁號是0+164，物探里程183m對應的壩頂軸線樁號是0+000。物探測線布置見圖1。

圖1 物探勘察測線布置

2.3 物探資料的處理

根據項目物探的需要，本次物探儀器設備采用WJMD-4高密度電法系統和南方靈銳S86RTK系統。對野外采集的合格數據使用電法處理輔助軟件、電阻率層析成像系統(CRT)、AutoCAD等軟件等進行計算、分析、成圖，最后對處理結果進行綜合分析解釋。按電位測量曲線中極大值位置和梯度測量曲線中零值點位置，確定每條測線上的異常位置。

2.4 物探資料分析

測線a物探剖面位于登云水庫的壩頂，剖面選用溫納裝置，裝置的道間距為4m，一共60道。通過物探，測得壩體中間部分地表至深度15m范圍內視電阻率相對較低，原始觀測視電阻率介于10～120Ω·m，反演后視電阻率介于20～250Ω·m。在里程70～90m(軸線里程0+113～0+093)段視電阻率比同一高度的斷面要低，推測該段基巖面較深；在溢洪道位置(軸線里程0+180～0+190段)發現有低阻異常，視電阻率介于7～110Ω·m(表層較濕潤)，推測為富含水區，主要原因是充水較多而形成良導體，該剖面未發現明顯物探異常，該剖面反演后數據見圖2。

測線b物探剖面位于登云水庫背水坡上部的馬道，該剖面同樣選用溫納裝置，道間距4m，共60道。通過物探，測得壩體中間部分地表至深度6m范圍內視電阻率相對較低，原始觀測視電阻率介于20～160Ω·m，反演后視電阻率介于50～300Ω·m。在溢洪道位置(軸線里程0+183～0+193段)發現有低阻異常，視電阻率介于5～140Ω·m，推測為富含水區，主要原因是充水較多而形成良導體，該剖面未發現明顯的物探異常，該剖面反演后數據見圖3。

圖2 測線a反演結果圖

圖3 測線b反演結果圖

通過上述兩條高密度電法剖面探測結果可知：視電阻率隨深度增加逐漸增大。根據以往工程經驗，大壩素填土視電阻率一般在5～300Ω·m之間，強風化花崗巖視電阻率一般在200～800Ω·m之間，而中(弱)風化花崗巖視電阻率一般大于700Ω·m。大壩西北基巖面比東南深，溢洪道位置視電阻率較低，推測為富含水區，符合水庫溢洪道含水量高情況，兩條剖面均未發現明顯滲漏、空洞異常。

3 地質鉆探隊物理探測方法準確性驗證

為驗證電法探測結果的準確性，登云水庫安全鑒定還采用了現場鉆探采取原狀土樣進行相關項目試驗分析的方法。根據鉆探的成果，登云水庫壩體及壩基地層自上而下分別為素填土、強風化花崗巖、弱風化花崗巖，大壩西北基巖面比東南深。登云水庫大壩在2014年進行了除險加固，針對大壩滲漏問題對壩體進行單管高壓旋噴樁防滲，壓水試驗表明，旋噴樁的滲透系數在5.86×10-6～5.46×10-6cm之間，滿足相關的規范要求，表明登云水庫大壩的滲漏問題在上一輪的除險加固工程中已經得到了解決，而且在現場運行中也未發現濕坡現象，說明大壩經除險加固后防滲效果顯著，同時也驗證了電法物理探測的準確性。

4 結 語

a.采用高密度電法探測登云水庫大壩滲漏，可以很直觀地了解水庫大壩的滲漏情況，同時通過地質鉆探資料分析對比，驗證物理探測方法的合理性和準確性。

b.水庫大壩滲漏探測可以充分發揮綜合物理探測的作用，相比地質鉆孔取樣分析的方法，物理探測有無須鉆孔取芯、不會破壞壩體結構、數據采集高效、信息豐富等優點，可在大壩滲漏隱患探測中發揮重要作用。

c.登云水庫下游為福州鐵路東站及東郊居民區，水庫的安全運行關系著下游東郊居民區廣大居民的生命財產安全。為了維護水庫壩體安全和正常運行，建議定期采用物探手段對大壩進行安全監測及檢測。