綜合物探方法在大壩滲漏探測中的應用分析

蔣甫偉，王 淼，丁 浩，章思亮

（山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250000）

我國水庫大部分建于上世紀五六十年代，受建庫時的主客觀條件限制，已建成水庫存在問題較多，其中以大壩滲漏問題較為突出。為了確保水庫工程的安全運行，需要準確找到大壩滲漏位置并及時加以處理。傳統的檢測方式主要以現場觀測結合相關鉆孔資料進行分析，或采用單一物探方法進行探測，具有一定的限制性，難以系統地掌握大壩滲漏情況。綜合物探法是運用最新電子信息技術進行探測的方法，是最佳方法或手段的優化組合。本文以山東省青楊堡水庫大壩滲漏工程為例，對綜合物探方法在大壩滲漏探測中的應用進行探討。

1 綜合物探方法

綜合物探方法是運用最新電子信息技術進行探測的方法，它不僅是不同方法的綜合，也是同種方法不同勘察方式的綜合，是最佳方法或手段的優化組合。

綜合物探方法主要是依據不同巖層的物理特性，運用先進的電子儀器設備對地質結構進行探測，并依據儀器設備收集的信息，對地質結構進行分析。不同的地質結構體現不同的物理特性，依據反饋的圖像和數據對地質結構做定量分析，可準確對所需數據做出判斷[1～2]。

大壩滲漏的探測方法有很多，其中以綜合物探方法最為常用：（1）運用綜合物探方法細致檢查水庫大壩的實際情況，對于存在異常的范圍進行加密測試和分析，標記產生滲漏的位置；（2）在大壩滲漏探測中應用綜合物探方法，明確具體的滲漏種類、通道深度等情況；（3）檢測出大壩的異常區域后，觀察、明確具體的滲漏通道，并對滲流的速度加以準確計算，并依據滲漏水量分析產生滲漏的規模。

1.1 高密度電法勘探

高密度電法是將電測深技術與聯合剖面技術相結合的一種方法，是以巖土體的電性差異為基礎的一種電探方法,根據在施加電場作用下地中傳導電流的分布規律,推斷地下具有不同電阻率的地質體的賦存情況[3]。

檢測系統經過A、B電極朝地下進行電流供應，電流為I，并對M和N極電位差ΔU加以測定，獲取記錄點相應的視電阻率數值。

式中：ρs為視電阻率，即阻體具有排斥電流的能力；ΔUMN為MN間的電位差；I為供應電流。

式中相關幾何因素K僅和野外有關的幾何排列密切關聯，在運用相關四極設備對巖石的電阻率進行測定時（圖1），O代表電源A、B與電源M、N的中心，a=OA=OB=AB/2,b=OM=ON=MN/2，由此得出K=π（a2-b2）/（2b）。

圖1 四極測深圖

在壩體均勻情況下，其淺表位置較為干燥、密實，下端的水分逐漸增多，導致相應視電阻率的等值線呈層狀分布狀態，由地表朝下不斷下降。若壩體存在不均勻裂縫、土體以及滲漏通道等情況，相應視電阻率等值線則表現出明顯的梯度變化，成層性不明顯，進而產生較高或較低電阻異常閉合圈的現象。因此，分析具體測定的視電阻率剖面，可以掌握地層內的電阻率分布狀況，以便明確滲漏問題的具體位置及性質等信息。

1.2 地質雷達探測

地質雷達探測主要是運用高頻電磁波的寬頻帶短脈沖方式，從地面經過天線T延伸到地下，待到達探測目標之后再返回到地面，被另一個天線R接收，見圖2。在相關電磁波處于介質內進行傳播時，無論是波形、還是強度，均會受所經過介質電性與幾何形態的影響而出現變化。因此，所接收波的旅行時間、波形信息、幅度等情況可作為分析介質具體構造的參考[4]。

圖2 地質雷達的運作機制

2 綜合物探方法在青楊堡水庫大壩滲漏工程中的應用

山東省青楊堡水庫大壩滲漏工程水庫平面圖以及剖面圖見圖3、圖4，壩軸線長170.6 m，最大壩高17 m。水庫大壩壩頂高程161.11 m～162.55 m，心墻頂高程159.04 m～161.21 m，設計蓄水高程為160.04 m。上游坡為干砌塊石護坡，背水坡雜草護坡；壩后為貼坡排水體，壩后無排水溝。庫區兩岸丘陵相對較高，形成地表水和地下水的天然分水嶺，地下水分水嶺高于水庫正常蓄水位，且分水嶺山體組成巖性多為透水性較差的花崗巖類，庫內未發現有連通水庫與相鄰溝谷的導水斷裂，因此，不會產生水庫向鄰谷滲漏的問題。由于心墻以上大壩壩頂土為風化巖碎屑填筑，結構疏松，顆粒大小懸殊，壩頂土與上下游壩殼砂料相連通，形成滲水通道，產生滲透破壞。對此，運用物探法，采取深淺搭配的方式可提高探測數據信息的精準度，確保信息的完整性，具有很大的實踐價值。

圖3 青楊堡水庫平面圖

圖4 青楊堡水庫剖面圖

3 物探結果分析

2017年山東省水利勘測設計院專家團隊選擇在青楊堡庫壩區丘陵和河谷地段進行試驗，主要設備及方法為：（1）DUK-3A型高密度電法測定控制系統在壩區丘陵或者河谷地段選點，點距為4 m，相應電極數量35～50個，供電電壓50 V；（2）LTD-2100型地質雷達系統，相應天線主頻120 MHz，采用連續掃描與點測的方式，采樣點數1028～2046個，采樣速率15次掃描/秒，點測時測點距為0.4 m/點，相應采樣長度755 ns[5]。測線布置方法見表1，布置圖見圖5。

表1 測線的具體布置方法

圖5 平面布置圖

本次探測電法測線位于研究區35 m～83 m范圍內，埋深11 m～25 m、85 m～120 m、9 m～40 m 處相應視電阻率介于11 Ω·m～42 Ω·m之間，屬于低阻區域，是壩體中最容易出現滲漏的位置；埋深68 m～72 m、14 m～22 m、99 m～120 m、9 m～22 m位置，有2處封閉低阻極值區域，是大壩地下主要的滲漏通道位置。圖6為剖面3-3′的電位變化圖，橫坐標為測線點樁號，縱坐標為自然電位。

圖6 剖面3-3′電位變化曲線圖

由圖6可知，剖面自然電位值有先增大后減小的趨勢。3-3′剖面65 m～175 m段有高電位異常表現，且浮動較大。表明青楊堡庫壩區丘陵對面地下水位遠高于庫水位。滲流層存在較大的壓差，能夠形成較強的自然電場，可以排除繞壩滲漏的可能性。

剖面1-1′電位電流密度值的高低和分布情況顯示壩后存在滲流現象。壩基下伏基巖呈全風化中等風化狀，巖芯呈粗砂、碎塊狀，風化巖RQD（巖石質量指標）=0，漏水嚴重，漏水量約50 L/min。根據鉆孔壓水試驗，與壩基接觸的全強風化花崗閃長斑巖的透水率為21.62 Lu，中等透水性，壩基下全強風化花崗閃長斑巖存在滲漏問題。壩體壤土與基巖接觸處，在滲透壓力作用下，土顆粒可能被滲流帶走，存在接觸沖刷的可能，對大壩運行帶來安全隱患。建議對全、強風化巖采取防滲措施，處理深度以進入中風化巖為宜。

剖面2-2′電位電流密度值的高低和分布情況表明深度5.0 m～14.0 m范圍內視電阻率偏低，推測此處壩體含水量較高，可能存在滲漏問題。建議在壩體進行高壓旋噴灌漿，以及時消除隱患。

4 結語

文中青楊堡水庫大壩滲漏工程通過采用高密度電法和地質雷達探測法的結合，準確地探測出了工程大壩滲流層存在較大壓差、壩體含水量較高、壩后存在滲漏等問題，并對此提出了系列相關防滲措施，及時避免了大壩在后期運行中出現潰壩的風險。綜合文中青楊堡水庫大壩滲漏處理案例可以發現，綜合物探法在工程勘察時合理組合不同的物探方法，結合其優點，能夠順利應對大范圍內的勘查工作，大大提高了工程勘察的工作質量和勘察效率，降低了工程的勘察成本，對推動我國社會主義現代化建設有著明顯優勢。