綜合物探法在病險水庫安全評估檢測中的應用

陳崑

（上海勘測設計研究院有限公司，上海 200434）

0 引言

病險水庫工程檢測中的綜合物探方法主要有探地雷達法、激發極化法、高密度電法和瑞雷面波法等，但是病險水庫由于修建年代久遠，堤防土質復雜，僅采用一種物探技術必定會影響評估結果的真實準確性。為此，必須選擇不同物性參數的物探技術組合應用，從不同角度反映探測對象的具體特征，確保測試數據的層次性與詳實性；此外，還應遵循探測深度淺則精度高、探測深度大則精度低的組合原則，保證探測信息完整全面，更具解釋性。

1 工程概況

某病險水庫為三級配土壩，壩高35 m，正常蓄水位253 m，在水庫運行期間當蓄水位升高至228 m高程時，水庫左岸C15混凝土防滲墻和山體連接處存在集中滲水現象，滲漏量達到34 m3/h；下游壩坡浸潤線持續升高，并在坡腳處發生大面積散浸，總滲水量超出設計允許滲漏量。該水庫防護堤堤身填筑材料主要為黃紅色網狀粘土、風化板巖巖土、泥質構造粉砂巖及紫紅色泥巖，水庫水文地質簡單，地下水主要為松散巖層孔隙水。為盡快查明滲水原因，采取有效的處治措施，必須通過綜合物探技術對水庫滲漏部位、具體滲漏量、可能滲漏原因、病害發展趨勢等進行探測分析，為滲漏處理提供數據支撐及寶貴資料。

2 檢測思路和方法

水庫管理部門基于該病險水庫實際特點，先運用高密度電阻率法全面檢查堤身，對于相對異常地段再結合探地雷達和激發極化法詳細勘察，同時采用超聲波對穿測試對淺部代表性強的地段分層檢測。結合檢測及驗證結果，客觀準確評價堤防質量。根據以上所提出的綜合物探檢測思路，將野外現場采集的原始數據轉存儲、預處理后，通過Surfer 軟件生成視電阻率斷面圖，結合圖中電性分布實際進行地質體視電阻率變動范圍的判斷，并將電性異常電圈出后分析原因，剔除干擾異常后得出真異常。應用基于高密度電法的RES2DIV反演軟件將真異常值反演處理后生成視電阻率層析成像圖，以真實反映病險水庫地質體介質視電阻率分布情況，據此劃分地層類型，鎖定滲漏病害具體位置。

2.1 高密度電阻率法

借助E60M 型高密度電阻儀供電電極從地表向地下通入直流電，形成人工電場后進行電極測量和電場分布觀測。對均質地層結構，電阻率和電場分布應較為均勻，而對于地下水滲漏、土結構松散等病害區域，電阻率會表現出明顯的低阻抗。該方法不能一次布置數個電極，并能一次進行多斷面測點縱橫向探測，測試效率高。水庫滲漏病害測試及參數采集過程中電極距按10 m確定，供電時間1 s，各測點均重復采集3次。

2.2 地質雷達和激發極化法

地質雷達發射時間域脈沖信號并接收反射信號，通過對兩種信號的比較達到病險水庫地質體病害具體位置、尺寸、病害類型等探測的目的。該水庫探測主要采用ProEx第二代MALA地質雷達，并結合庫區實際及探測需要選用50 MHz 和100 MHz兩種頻率地面耦合天線。探底雷達檢測技術可探測松軟砂層、堤壩隱患、護坡及閘室底板脫空、堤身填筑材料等電性差異顯著且規模較大的異常地質體，且對于埋深在10 m 以內的隱患，探測效果更好。

激發極化法可用于探測水庫地質體介質二次場強度及衰減速度，根據所測得的半衰時TH、衰減程度D、極化率η等值，確定出水庫地質體含水異常所在。其中，TH 為二次場點位衰減50%后的耗時，單位為ms；D為二次場點位衰減速度，這兩個參數取值越大意味著二次場衰減越緩慢，水庫地質體含水性越大；極化率η 是反映水庫地質體激發極化作用強弱的參數，為二次場測定時刻電位差和一次場電位差之比。

2.3 超聲波對穿測試

超聲波對穿測試用于檢測混凝土防滲墻及防滲墻與巖石結合部的缺陷，采用RS-STO2C非金屬聲波測試儀并配備2個探測距離25 m的對穿探頭，在孔底同一高程處放置2個聲波換能器，從孔底開始按照0.20 m的點距依次向上測試。該水庫測試對穿孔間距按照2 m設置，巖體波速按照收發探頭間水平距離和收發探頭間距對應時差之比進行計算。

3 檢測結果

3.1 堤身全面檢測

高密度電阻率法檢測結果表明，水庫堤壩表層填筑層致密，但整體均勻性較差：測線18～24 m 處存在溢洪道低阻體反映，測線0～65 m段存在左右壩肩基巖高阻反映，測線65～135 m段則存在均質土壩低阻反映，均質土壩含水量高、密實性和均勻性均較差，滲漏的可能性較大。結合電阻率阻值，壩基界限并不清晰，不存在明顯的裂縫、洞穴，但壩基局部松散，有滲漏通道及高含砂層隱患。

該病險水庫應用探地雷達檢測技術探測水庫堤壩隱患時，為較好解決堤壩結構形態、介質屬性復雜變化和探測深度、分辨率等之間的矛盾，采用了雙頻多普勒相控陣探地雷達探測系統，即將原單級雷達天線更換成軍事上的相控陣雷達天線，借助相控陣技術將電磁波匯聚為一束窄波束向待探測水庫堤壩地質體發射，多通道接收雷達回波反射信號后，通過去噪處理后得到地質體內部結構三維圖像。探地雷達探測結果顯示，測線0～65 m段雷達反射波較弱，反射波同相軸且連續，視頻率均一，表明該測線段壩體碾壓密實；在測線20～90 m 段反射波表現出明顯的波形紊亂及電導率增大，并存在明顯的電性界面，雷達圖像也顯示出低頻高強度多次反射，這表明壩體存在滲漏傾向，局部介質含水量較高，大壩壩體填料分布的均勻性不良。在測線24～80 m 段的浸散區，雷達圖像為斷續、雜亂強烈反射及零星條帶狀。

根據激發極化法所得出的地下水浸潤線平面分布，測線90～110 m 段激電測點主要設置在水庫均質土壩和壩肩處，對應較高的地下水浸潤線，并表現出明顯的向中部延伸的趨勢，地下水浸潤線相對較低。測線0～70 m段地下水浸潤線左低右高。地下水浸潤線整體隨地形變化而變化。

3.2 超聲波對穿測試結果

根據高密度電法檢測結果，防滲墻樁號0+104～0+138段及0+245～0+262段存在低阻相對異常，疑似滲漏帶。為進行進一步測試，基于防滲墻自然點位資料，在保證墻體不遭受破壞的情況下借助墻體上既有灌漿預埋管孔進行超聲波對穿檢測。在樁號0+104～0+138 段選取1#～2#對等鉆孔和3#～4#對等鉆孔，在0+245～0+262 段選取5#～6#對等鉆孔，分別進行超聲波對穿測試，并根據對穿孔之間巖體縱波波速檢測結果進行該病險水庫防滲墻質量檢測。聲波對穿測試結果具體見表1。根據測試結果，樁號0+104～0+138 段防滲墻體土體局部松散，且墻體與巖體接觸不密實；0+245～0+262 段墻體土體局部松散。為此，必須采取相應的墻體加固處治措施。

表1 防滲墻聲波對穿結果表

4 結語

綜上所述，此次應用綜合物探方法對某病險水庫進行了安全鑒定評價探測，對水庫堤防均質土壩及防滲墻所存在的裂縫、松散體、高含砂層、滲漏通道等隱患規模、位置、裂隙發育程度、地下水浸潤線等進行了探測和查明，得出了土壩填筑材料均勻性、基本層位及填筑介質密實度。應用結果顯示，單一物探方法測試過程及結果很容易受到地形、地質體介質等影響，根據探測目的、探測層深度及精度要求選用兩種或兩種以上物探方法，能發揮每種方法的優勢，取長補短，相互驗證，以提升探測結果的準確性和可靠性。該病險水庫治理結果表明，此次對水庫大壩地質條件安全鑒定過程中所應用的高密度電阻率法、探地雷達、激發極化法、超聲波對穿測試相結合的綜合物探技術探測思路完全準確，符合水庫病害實際。