土壩滲漏通道檢測及其處理技術

潘立濤

(深圳市水務技術服務有限公司，廣東 深圳 518000)

1 土壩滲漏通道檢測技術

1.1 地下水流速測定

地下水流速在一定程度上可反映土壩通道的滲漏情況，因此，可通過對土壩地下水的流速進行測定來幫助檢測土壩內(nèi)部通道的滲漏情況[1]。因此，本文利用單孔稀釋法來測定地下水流速。通過將土壩內(nèi)部通道中的水體與投放的標記液體進行混合，土壩內(nèi)部通道的地下水會稀釋標記液體，使得標記液體的濃度降低[2]。由于通道內(nèi)部不同深度的地下水流速各不相同，所以標記液體的濃度變化在速度上也會有不同?；谶@種原理，可以利用標記液體濃度變化的速度來表示地下水的流速[3-5]。

通過對相關公式進行運算可以測定出地下水流的滲流速度，可作為判定異常滲漏的關鍵指標，標記出具體的滲漏的位置節(jié)點，為滲漏通道檢測技術提供理論支持。

1.2 異常滲漏判定

土壩內(nèi)部滲漏根據(jù)滲漏程度不同可分為正常滲漏和異常滲漏[6]。正常滲漏是在土壩內(nèi)部水體壓力允許的范圍內(nèi)將部分水體進行排出，對穩(wěn)定土壩內(nèi)部水壓有積極作用。而異常滲漏則是滲漏流量超出了水體壓力能承受的范圍，滲漏過多將會增大土壩坍塌的風險[7]。因此，需要對異常滲漏位置節(jié)點進行準確判定。

利用測定出來的地下水流滲流速度，結(jié)合滲透坡降法，可對土壩通道內(nèi)部滲漏異常的節(jié)點進行準確判斷，具體原理是將自然電位曲線的平均值與入滲帶的平均值進行比較，判定出異常部分。當某處的滲透坡降的異常值高于臨界坡降值時，即可判定為該處屬于異常滲漏部分。

除此之外，還需進行基本的地質(zhì)條件分析，對巖心進行鑒定。巖心的具體性質(zhì)與屬性可反映出該土壩下方地質(zhì)的具體條件。因此，為便于對土壩進行檢測需要在土壩周圍進行鉆孔。為防止鉆孔產(chǎn)生的縫隙對土壩的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，在土壩基礎防滲墻上1.5 m處，呈放射狀布設10個鉆孔，采用套管跟進方式，分別檢測不同滲漏管道的滲漏情況。其次，針對檢測斷面進行分析，分別分析其檢測斷面的滲透壓力差、滲流斷面長度以及滲流路徑長度。為測量和判定土壩內(nèi)部巖層的滲透性，在離每個鉆孔位置2 m的圓周范圍內(nèi)進行壓水測試，確定鉆孔位置附近的滲漏范圍。根據(jù)孔內(nèi)地下水流速測定結(jié)果，確定鉆孔垂向的完整性情況。根據(jù)巖心完整性及透水性，確定孔內(nèi)垂向流速分布規(guī)律，劃分地下水流速等級。通過將部分流速較大的滲漏通道的上下兩部分進行封堵，來明確不同鉆孔與庫水之間的相關性及流場分布特征。同時，還需對土壩外部分水位進行實時監(jiān)測，主要監(jiān)測對象為水溫、水位，以及水壓的變化趨勢。為保證監(jiān)測結(jié)果的準確性，每天都需要對監(jiān)測數(shù)值進行更新。根據(jù)對水位監(jiān)測數(shù)值進行可視化分析，明確孔內(nèi)水位垂向分布特征，確定土壩內(nèi)部通道滲漏異常區(qū)域。至此，土壩滲漏檢測技術設計完成。

2 土壩滲漏處理

根據(jù)上述異常滲漏的判定方法，結(jié)合具體操作，制定出對異常滲漏進行處理的具體方案，方案流程圖如圖1。

圖1 土壩滲漏處理方案流程

對具體滲漏節(jié)點需要進行定向堵漏。主要采取灌漿工藝對滲漏位置進行填補。首先，對滲漏節(jié)點的滲漏程度進行排序，對于滲漏較嚴重的位置，在滲漏節(jié)點附近布置雙排灌漿孔，按照由內(nèi)到外的順序進行灌漿操作。對于滲漏程度較輕的位置可安置單排灌漿口，采用分層的形式對滲漏部位進行灌漿。對于水位較低的滲漏節(jié)點，考慮到土壩內(nèi)外部存在滲透壓力差，可適當往灌漿原料中添加粉質(zhì)黏土，保證漿料的黏度，使其不會被水體稀釋。

根據(jù)以上步驟即可實現(xiàn)對土壩滲漏通道進行全面維修，并將滲漏部分進行堵漏處理。將上文中提到的測定地下水流速與異常滲漏判定方法與提出的檢修方案進行結(jié)合，至此，土壩滲漏通道檢測及處理技術設計完成。

3 試驗驗證

為了更好地說明提出的土壩滲漏通道檢測及處理技術在檢測速度方面優(yōu)于傳統(tǒng)的滲漏通道檢測技術，在理論的部分設計完成后，構建試驗測試環(huán)節(jié)，對此檢測技術實際的檢測效率進行分析。

3.1 試驗環(huán)境描述

本次測試選取了水庫滲漏檢測中高密度電法探測技術和基于無人機和紅外熱成像技術的小型水庫壩體早期非穩(wěn)定滲漏檢測技術作為對比對象。為保證三種技術能夠?qū)ν翂螡B漏通道進行正常的模擬檢測測試，通過對測試環(huán)境進行參數(shù)上的配置，來搭建測試所需要的平臺。為提高模擬測試結(jié)果的準確性，搭建了檢測技術模擬的服務器測試環(huán)境，具體參數(shù)如表1所示。

表1 檢測技術測試環(huán)境

本次測試采用Intel Xeon silver 32位服務器，軟件配置為windows server 2022 datacenter的應用服務器作為中心服務器。同時，數(shù)據(jù)庫的內(nèi)存設置為10G，軟件采用Oracle12 g作為主數(shù)據(jù)庫進行土壩滲漏通道基礎信息的儲存和采集。

考慮滲水出露情況，選用我國傳統(tǒng)土壩作為檢測對象，將各地土壩的基礎參數(shù)進行加權處理，選擇平均參數(shù)作為本次實驗測試對象的參數(shù)。將土壩參數(shù)輸入到檢測平臺上，進行土壩建模，再利用三種檢測方法對土壩模型進行模擬檢測。

本次測試的指標為檢測耗時，耗時越短代表檢測技術的速度越快，證明該檢測技術在實際工作效率方面更占優(yōu)勢，更能迅速反饋檢測信息，以便于完成對滲漏部分的修復與處理。為提升本次測試結(jié)果的可靠性，本次測試選用土壩模型內(nèi)10條日均排水量不同的排水通道進行檢測，其中，有5條通道為滲漏異常通道，具體信息如表2所示。

表2 測試排水管道信息

3.2 測試結(jié)果分析

排水管道檢測時間如表3所示。

表3 排水管道檢測時間 s

通過以上的測試結(jié)果可以看出，不同的檢測技術在檢測排水量不同的管道時，耗費的時間也有所不同。兩種傳統(tǒng)的檢測技術檢測單個排水管道所花費的時間在10～20 s之間。大型土壩內(nèi)部管道數(shù)量過多，利用傳統(tǒng)的檢測技術無法在短時間內(nèi)檢測完全部的排水管道。而提出的檢測技術不受管道長度以及管道內(nèi)部排水量的影響，每條管道的檢測時間始終可以維持在4～5s，可以實現(xiàn)對土壩內(nèi)部滲漏管道的有效檢測，在檢修速度上優(yōu)于傳統(tǒng)的檢測技術，有利于為維修人員爭取時間，對滲漏部位進行迅速堵漏，防止?jié)B漏過多影響土壩整體結(jié)構與安全。

4 結(jié) 論

本文所提出的土壩滲漏通道檢測及處理技術采用了通過測定地下水流速來判定異常滲漏帶的方法，比傳統(tǒng)的滲漏排查方法所需時間更少，提高了檢測效率。有利于維護土壩安全，對我國水利工程建設有著積極地意義。