綜合物探技術(shù)在大壩壩基滲漏探測中的應(yīng)用

張瑜鵬，夏志強，榮 鑫

(浙江省水利水電勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310002)

老石坎水庫位于湖州市安吉縣孝豐鎮(zhèn)西南10km處的西苕溪支流南溪上，壩址以上控制南溪流域面積258km2。水庫正常蓄水位117.0m(吳淞高程)，總庫容1.14億m3，是一座以防洪為主，結(jié)合供水、灌溉、發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用的大(2)型水庫。該水庫作為安吉縣水利基礎(chǔ)設(shè)施中重要組成部分，擔(dān)負著該縣防洪、發(fā)電等重要任務(wù)，在促進當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件等方面發(fā)揮著巨大的作用。近期發(fā)現(xiàn)水庫水位漲至120.5m時壩下發(fā)生滲漏水現(xiàn)象，不僅影響到水庫使用功能的正常發(fā)揮，且也會給水庫的運行留下安全隱患，甚至造成不可挽回的損失，故查明其滲漏原因，對水庫安全運行有重要意義[1]。

水庫大壩壩基滲漏探測多采用鉆探法、探地雷達法及高密度電法等手段，其中鉆探法作為最直接的勘察方法，其成果較為直觀準(zhǔn)確，但大面積鉆探效率低，場地條件要求高，成本較高，且施工影響大。物探作為現(xiàn)今工程勘察行業(yè)的前沿性技術(shù)，具有精度高、速度快、受場地限制小等特點，對探測目標(biāo)不會造成損傷，在水庫大壩這類重要建筑物的工程勘察中具有一定的探測優(yōu)勢[1- 4]。基于物探手段對探測地質(zhì)體解析的多解性和特殊性，采用多種物探手段聯(lián)合勘探的綜合物探法能提高勘探精度，以達到最終的定性及定量解釋的目的[5]。本文主要結(jié)合工程實例，圍繞綜合物探法在壩基滲漏探測中的應(yīng)用進行分析，過程中結(jié)合鉆探法及鉆孔電視的直觀驗證，以提高整體探測成果的準(zhǔn)確性，其成果可為類似工程提供參考。

1 工程概況

老石坎水庫壩址位于西苕溪支流南溪、老石坎村上游約2km處。壩址區(qū)河谷底寬為380m。受臺風(fēng)天氣影響，水庫水位漲至120.5m時壩下產(chǎn)生滲漏水。現(xiàn)場查勘見原刺墻上有一近直立的縱向裂縫，寬約1～3cm，深度不詳，初步分析，可能由于刺墻或者倒掛井開裂產(chǎn)生漏水通道而引起。為查明壩址右岸滲漏原因及滲漏通道位置及其相關(guān)聯(lián)的主要工程地質(zhì)問題并作出初步評價，本次工程物探工作采用地質(zhì)雷達、鉆孔電視、超高密度電法相結(jié)合的綜合物探方法。

本次探測區(qū)域為泄洪閘左側(cè)0+297.4m到泄洪閘右側(cè)0+397.4m的倒掛井防滲墻部分，長度為78.8m，其中0+358～0+379.2m范圍為泄洪閘。倒掛井設(shè)計為低彈模混凝土，井下為鈣質(zhì)頁巖。

2 物探工作原理及測線布置

2.1 地質(zhì)雷達原理

地質(zhì)雷達探測原理如圖1所示，根據(jù)電磁波在有耗介質(zhì)中的傳播特性，發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻脈沖電磁波(MHz～GHz)，當(dāng)其遇到地下不均勻體或界面時會反射一部分電磁波回來，其反射系數(shù)主要取決于地下介質(zhì)的介電常數(shù)，雷達主機通過對此部分的反射波進行適時接收和處理，達到探測識別地下目標(biāo)物的目的[6- 7]。本次地質(zhì)雷達探測天線主頻為50MHz的非屏蔽天線和100MHz屏蔽天線，50MHz天線測量采用時間間隔方式，觸發(fā)時間間隔0.2s，采樣時窗947ns，采樣點數(shù)512個，疊加次數(shù)64次；100MHz天線測量采用滾動測量方式，點距0.05m，采樣時窗449ns，采樣點數(shù)480個，疊加次數(shù)8次。

2.2 鉆孔電視原理

鉆孔電視觀察利用儀器探頭、深度計數(shù)裝置將鉆孔孔壁的圖像、裂隙方位及深度攝錄下來，通過地面控制操縱探頭的轉(zhuǎn)向及焦距，利用井下高清晰攝像頭探頭對孔壁進行360°全方位拍攝，記錄下鉆孔孔壁的全斷面隨深度變化的圖像。通過專用軟件對拍攝的孔壁圖像進行編輯分析處理，為保證拍攝質(zhì)量，觀察過程中井下電視拍攝速度一般控制在每分鐘1.0～1.5m以內(nèi)。

2.3 超高密度電法原理

超高密度電法工作原理屬電阻率的范疇，是一種陣列式勘探思想[8- 9]，野外測量時只需將全部電極(幾十至上百根)置于測點上，通過多芯電纜把所有電極連接至儀器，然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機工程電測儀便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動采集，數(shù)據(jù)采集方式是分布式的，當(dāng)將測量結(jié)果送入微機后，還可對數(shù)據(jù)進行處理并給出關(guān)于視電阻率等值線圖或真電阻率反演剖面等各種圖示結(jié)果[10- 11]。本次探測采用多通道、超高密度直流電法儀。

2.4 測線布置

在本次大壩壩基滲漏探測過程中，勘察方法操作嚴(yán)格遵循SL 326—2005《水利水電工程物探規(guī)程》內(nèi)的技術(shù)要求實施，在泄洪閘左右兩岸沿大壩軸線布置了地質(zhì)雷達測線2條，分別為自鉆孔ZK右13至ZK右1及自鉆孔ZK左1至ZK左45。超高密度電法與鉆孔電視皆在各鉆孔內(nèi)進行，具體平面布置如圖2所示。

圖1 地質(zhì)雷達檢測原理示意圖

圖2 平面布置圖

3 綜合物探成果分析

3.1 地質(zhì)雷達成果分析

本次地質(zhì)雷達成果分析選取泄洪閘左岸測線，泄洪閘左岸50M天線的地質(zhì)雷達剖面圖如圖3所示，測線沿倒掛井ZK左1至ZK左45。可以看到圖中反射波同相軸連續(xù)性好，地質(zhì)雷達波的能量橫向分布比較連續(xù)；圖中橢圓范圍內(nèi)反射能量較強，呈多次反射，經(jīng)現(xiàn)場排查，異常現(xiàn)象為測線拐彎的干擾影響造成，橢圓區(qū)域右側(cè)的拋物線右翼多次反射同樣為測線拐彎的干擾；剖面深部能量較弱，無明顯混凝土缺陷異常。

泄洪閘左側(cè)100M天線的地質(zhì)雷達剖面圖如圖4所示，測線位置與閘左50M天線相同。可以看到圖中反射波同相軸連續(xù)性好，地質(zhì)雷達波的能量橫向分布比較連續(xù)；在350ns左右有兩條強反射同相軸，深度約17.5m，推測為地下水位線；剖面深部能量較弱，無明顯混凝土缺陷異常。

3.2 鉆孔電視成果分析

鉆孔電視是通過觀察鉆孔孔壁圖像，以了解孔內(nèi)混凝土缺陷及基巖巖性及裂隙分布等情況，再通過內(nèi)業(yè)整理，提供鉆孔混凝土或巖體觀察圖片及電視觀察缺陷剖面圖。

(1)ZK左33鉆孔

ZK左33鉆孔電視范圍0～40.19m(高程124.52～84.33m)，其中0～15.95m為混凝土，混凝土段較完整，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷；15.95～16.20m為混凝土與巖石接觸面，接觸面膠結(jié)較好。接觸面情況見表1。

圖3 閘左50M天線地質(zhì)雷達剖面圖

圖4 閘左100M天線地質(zhì)雷達剖面圖

表1 ZK左33混凝土及混凝土與基巖接觸面鉆孔電視成果

16.20～40.19m為鈣質(zhì)頁巖，根據(jù)鉆孔電視成果資料分析，16.40～26.50m為強風(fēng)化基巖、26.50～31.50m為弱風(fēng)化基巖、31.50m以下為微風(fēng)化基巖。其中強風(fēng)化基巖較為破碎，多次因破碎產(chǎn)生空洞，弱風(fēng)化基巖部分破碎，微風(fēng)化基巖較完整。基巖不同風(fēng)化程度展示圖見表2。

(2)ZK左23

ZK左23鉆孔電視范圍0～38.94m(高程124.52～85.58m)，其中0～12.57m為混凝土，混凝土段較完整，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷；12.57～12.69m為混凝土與巖石接觸面，接觸面膠結(jié)較好。接觸面情況見表3。

12.69～38.94m為鈣質(zhì)頁巖，根據(jù)鉆孔電視成果資料分析，12.69～22.20m為強風(fēng)化基巖、22.20～28.2m為弱風(fēng)化基巖、28.20m以下為微風(fēng)化基巖。其中強風(fēng)化基巖較為破碎，多次因破碎產(chǎn)生空洞，弱風(fēng)化基巖部分破碎，微風(fēng)化基巖較完整。基巖不同風(fēng)化程度展示圖見表4。

表2 ZK左33不同風(fēng)化程度基巖鉆孔電視成果

表3 ZK左23混凝土及混凝土與基巖接觸面鉆孔電視成果

表4 ZK左23不同風(fēng)化程度基巖鉆孔電視成果

3.3 超高密度電法成果分析

結(jié)合鉆探及鉆孔電視的直觀成果，本次超高密度電法成果分析選取鉆孔ZK左33～鉆孔ZK左23電法剖面圖，經(jīng)數(shù)據(jù)采集及處理，該剖面的真電阻率如圖5所示，剖面的縱軸為深度，橫軸為平距，單位皆為m。

圖5 鉆孔ZK左33～鉆孔ZK左23電法剖面圖

根據(jù)鉆探成果及ZK左33～ZK左23孔間電法剖面圖，ZK左33孔深15.0m以上～ZK左23孔深13.3m以上范圍，電阻率相對較低，探揭露該處為塑性混凝土防滲墻，分析認為該處防滲墻完整。兩孔之間，ZK左33深度15.0～27.0m至ZK左23深度13.3～23.4m，視電阻率相對較高，鉆探揭露該處為風(fēng)化破碎的強風(fēng)化基巖，分析認為該處灌漿效果較好，呈高阻反映。ZK左33深度27.0～31.2m至ZK左23深度23.4～29.6m，視電阻率相對較低，鉆探揭露該處為弱～微風(fēng)化基巖，分析認為該處灌漿未完全或漿液固結(jié)效果差，局部仍存在層狀滲漏通道。ZK左33孔深31.2m以下～ZK左23深度29.6m以下，視電阻率較高，鉆探揭露該處為微風(fēng)化基巖，較完整。

通過對上述探測成果，并結(jié)合現(xiàn)有地質(zhì)資料綜合分析，可以得出：

(1)倒掛井混凝土段為塑性混凝土，視電阻率較低，3種物探方法皆未探測到明顯異常，分析倒掛井混凝土段基本完整。

(2)接觸帶強風(fēng)化基巖的鉆孔電視圖像顯示巖體較為破碎，多處因破碎產(chǎn)生空洞，但超高密度電法剖面揭示該深度視電阻率一般較高，分析該深度段普遍灌漿效果較好；強風(fēng)化基巖深部的鉆孔電視圖像顯示巖體較為破碎，多見空洞且超高密度電法剖面揭示存在眾多低阻帶或低阻體，分析部分區(qū)域該深度灌漿未完全或漿液固結(jié)效果差，存在層狀滲漏通道。

(3)深部弱風(fēng)化-微風(fēng)化帶基巖的鉆孔電視圖像顯示巖體較完整，且視電阻率較高，分析該深度基巖較完整。分析結(jié)果與地質(zhì)鉆探資料基本吻合。

上述結(jié)果表明，老石坎水庫壩基滲漏綜合探測成果精度高，發(fā)現(xiàn)壩底強風(fēng)化基巖為主要滲漏路徑，為老石坎水庫工程的安全提供了保障。

4 結(jié)論

(1)以地質(zhì)雷達、鉆孔電視和超高密度電法為主體的綜合物探方法，結(jié)合地質(zhì)鉆探工作，有效查明了老石坎水庫壩下滲漏主要為壩基滲漏，推測為無集中滲漏通道。

(2)采用綜合物探技術(shù)在大壩壩基滲漏探測方面取得了良好的成果，多種方法既可以相互佐證，又能在調(diào)查深度上互為補充。超高密度電法和地質(zhì)雷達可準(zhǔn)確反映內(nèi)部微觀變化，鉆孔電視對內(nèi)部建筑物及地層結(jié)構(gòu)有直觀的體現(xiàn)。

(3)物探方法作為間接的地質(zhì)探測方法，地形、電磁等干擾因素較多，多種物探方法相互結(jié)合，發(fā)揮各類方法的優(yōu)勢，以達到提高探測效果和解析精度的目的。