肖長(zhǎng)安 王國(guó)瀅 曾憲強(qiáng) 何世聰 鄧安迪

綜合物探方法在大壩滲漏探測(cè)中的應(yīng)用

肖長(zhǎng)安 王國(guó)瀅 曾憲強(qiáng) 何世聰 鄧安迪

（中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 云南昆明 650041）

本文介紹了包括自然電場(chǎng)法、偽隨機(jī)流場(chǎng)擬合法在內(nèi)的多種物探方法在云南某水電站大壩滲漏檢測(cè)中的應(yīng)用情況。通過(guò)選擇兩種或兩種以上物探方法在水庫(kù)大壩滲漏探測(cè)上的應(yīng)用，充分發(fā)揮了各種物探方法的優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短、相互驗(yàn)證，從而提高了物探成果的可靠性和準(zhǔn)確性，并通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、水位觀測(cè)資料的大量收集分析，為最終物探成果的綜合解釋提供了強(qiáng)有力的依據(jù)。本文總結(jié)了綜合物探方法在水庫(kù)大壩滲漏探測(cè)中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，初步探討了綜合物探方法與單一物探方法相比具有的優(yōu)點(diǎn)。

綜合物探 水庫(kù)大壩 滲漏

引言

目前，隨著國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的進(jìn)一步實(shí)施，各種水庫(kù)、電站正處于建設(shè)的高潮。一些電站、水庫(kù)建成運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)不同程度的滲漏問(wèn)題。眾所周知，滲漏是堤壩的大害，如不及時(shí)處理可能會(huì)造成潰壩的危險(xiǎn)，影響電站、水庫(kù)的正常運(yùn)行，嚴(yán)重者甚至威脅到電站、水庫(kù)的安全，給國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)造成不可估量的損失。

在對(duì)滲漏進(jìn)行工程處理之前，必須先查清滲漏或管涌的區(qū)域、滲漏的路徑、滲漏的規(guī)模等等。但是如何有效、準(zhǔn)確地查清水庫(kù)大壩滲漏區(qū)域、滲漏路徑一直是困擾著水電勘測(cè)單位的問(wèn)題。以往解決該問(wèn)題的方法主要是現(xiàn)場(chǎng)觀察，水位觀測(cè)資料分析、地質(zhì)鉆孔資料及單一的物探方法等等，但這些方法均有其局限性。首先現(xiàn)場(chǎng)觀察、水位觀測(cè)資料分析，只能對(duì)水庫(kù)或大壩是否存在滲漏進(jìn)行定性判定，而對(duì)其具體位置、路徑及規(guī)模均無(wú)法判定。地質(zhì)鉆孔造價(jià)高，效率低且鉆孔資料只是“一孔之見(jiàn)”，不能全面反映水庫(kù)大壩的滲漏情況。由于物探方法存在多解性，且一種物探方法不能解決所有的問(wèn)題，其探測(cè)成果準(zhǔn)確率低、精度低。本文擬采用綜合物探方法對(duì)水庫(kù)、大壩滲漏進(jìn)行綜合探測(cè)，以達(dá)到提高探測(cè)精度和準(zhǔn)確率的目的。此外筆者在進(jìn)行資料解釋時(shí)，收集了相關(guān)的地質(zhì)資料、水位觀測(cè)資料以及現(xiàn)場(chǎng)滲水點(diǎn)的觀察資料（含照片、坐標(biāo)等）進(jìn)行綜合分析，從而提高了探測(cè)成果的可靠性、準(zhǔn)確性以及精度。

1 綜合物探方法

綜合物探方法就是采用兩種或兩種以上的物探方法對(duì)目的體進(jìn)行綜合探測(cè)。物探方法選擇的原則是，首先盡量選擇不同物性參數(shù)的物探方法進(jìn)行組合，使得測(cè)試參數(shù)多樣化，從不同的物性參數(shù)角度來(lái)表現(xiàn)同一個(gè)探測(cè)目的體；其次在探測(cè)深度上應(yīng)遵循“深淺相結(jié)合”的原則，即應(yīng)選擇探測(cè)深度淺精度高和探測(cè)深度大精度相對(duì)較低的方法進(jìn)行組合，使探測(cè)信息更加豐富、完整，解釋成果更加全面，對(duì)工程的設(shè)計(jì)施工更加富有指導(dǎo)意義。

筆者根據(jù)多年的物探工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出對(duì)于水庫(kù)、大壩滲漏探測(cè)的一套綜合物探方法以及資料分析解釋的方法。

（1）首先，在開(kāi)展水庫(kù)、大壩滲漏探測(cè)前，應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏勘，收集大壩、水庫(kù)相關(guān)的設(shè)計(jì)、地質(zhì)、水位監(jiān)測(cè)、安全鑒定等資料。此外，還應(yīng)對(duì)大壩附近區(qū)域進(jìn)行觀察，察看是否有明顯的滲水點(diǎn)，并收集相關(guān)資料以便進(jìn)行資料分析解釋。

（2）物探方法的選擇。目前能用于水庫(kù)、大壩滲漏的物探方法很多、很雜，在此推薦一個(gè)綜合物探方法供讀者參考，就是采用自然電場(chǎng)法、偽隨機(jī)流場(chǎng)擬合法、激發(fā)極化法和示蹤法進(jìn)行綜合探測(cè)。

（3）工作思路。首先采用自然電場(chǎng)法（電位觀測(cè)法）和偽隨機(jī)流場(chǎng)擬合法，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行面積性普查，在發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)域內(nèi)進(jìn)行加密測(cè)試，準(zhǔn)確圈出滲漏異常區(qū)域；其次，在水庫(kù)庫(kù)岸和大壩壩頂、壩后背水面采用自然電場(chǎng)法（電位觀測(cè)法和梯度法）和激發(fā)極化法進(jìn)行綜合探測(cè)，確定滲漏的類型（繞壩、壩體、壩基滲漏）以及滲漏通道的深度；最后在庫(kù)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)投入示蹤劑在下游進(jìn)行觀測(cè)，以確定滲漏的通道路徑，在觀測(cè)的同時(shí)應(yīng)記錄下投入示蹤劑的時(shí)間和示蹤劑在出水口流出的時(shí)間，計(jì)算滲流速度，再結(jié)合滲漏水量進(jìn)行滲漏規(guī)模推算。

（4）測(cè)線的布置。在測(cè)區(qū)內(nèi)按網(wǎng)格狀布置測(cè)線。

（5）資料的分析解釋。在測(cè)區(qū)內(nèi)應(yīng)將同測(cè)線不同方法和同一種方法不同深度成果進(jìn)行對(duì)比分析，判斷是否存在異常。通過(guò)對(duì)所有測(cè)線進(jìn)行分析對(duì)比，找出滲漏區(qū)域后，再結(jié)合工作前收集到的相關(guān)資料進(jìn)行綜合分析論證，提高探測(cè)成果的可靠性和準(zhǔn)確性。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1工程概況

云南某電站大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高61.5m，壩頂高程618m,壩頂長(zhǎng)330m，壩頂寬8m，上游設(shè)高1.2m的防浪墻。趾板開(kāi)挖最低高程為556.5m，上、下游壩坡均采用1∶1.4。大壩坐落在覆蓋層上，趾板下采用80cm厚混凝土防滲墻接基巖帷幕灌漿，帷幕透水率5Lu。

該水電站2007年5月正式開(kāi)工，2010年7月19日開(kāi)始下閘蓄水，蓄水后壩腳即出現(xiàn)明顯滲漏，至2011年9月水庫(kù)蓄水至正常水位時(shí)滲漏量約220L/s，與類似工程相比，滲水量偏大。因此，業(yè)主方要求查明水庫(kù)、大壩滲漏的區(qū)域、滲漏的類型、滲漏的通道及滲漏規(guī)模。

2.2工程地質(zhì)情況

壩基左岸主要為長(zhǎng)石石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖夾少量炭質(zhì)泥巖，弱風(fēng)化，巖體結(jié)構(gòu)完整性較好，發(fā)育節(jié)理主要為層節(jié)理，巖層產(chǎn)狀為N55°～80°W，NE∠50°～75°。右岸主要為泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾炭質(zhì)泥巖，巖體完整性差，節(jié)理發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化-弱風(fēng)化，巖層產(chǎn)狀N15°E，NW∠35°。

左岸趾板基礎(chǔ)為弱風(fēng)化長(zhǎng)石石英砂巖，巖體完整性較好，層節(jié)理較發(fā)育；右岸趾板基礎(chǔ)大部分為弱風(fēng)化基巖，巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾少量長(zhǎng)石石英砂巖，其中趾板X6～X9點(diǎn)段主要為強(qiáng)風(fēng)化。

2.3物探方法

根據(jù)任務(wù)要求，采用了自然電場(chǎng)法和偽隨機(jī)流場(chǎng)擬合法在庫(kù)區(qū)內(nèi)水庫(kù)底部和淺部開(kāi)展普查工作，在發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)進(jìn)行加密測(cè)試，確定滲漏區(qū)域后，在異常區(qū)域內(nèi)投入食鹽，在壩后量水堰進(jìn)行了電阻率測(cè)試。

2.4工作布置

共布置27個(gè)剖面，其中，自然電場(chǎng)法剖面21個(gè)，測(cè)點(diǎn)距5m；偽隨機(jī)流場(chǎng)擬合法剖面20個(gè)，測(cè)點(diǎn)距5m；電阻率剖面法剖面2個(gè)，測(cè)點(diǎn)距5m。剖面主要布置在水庫(kù)區(qū)，大壩、量水堰及壩肩均有少量布置。剖面布置遵循“從左至右，從上到下，縱橫交錯(cuò)”的原則。具體剖面布置見(jiàn)圖1。

圖1 云南某電站大壩滲漏檢測(cè)物探工作布置及滲漏區(qū)域平面分布圖

2.5綜合物探資料解釋

2.5.1 滲漏異常區(qū)

圖2為H6剖面綜合物探成果圖。從圖中可以看出，電流密度曲線在剖面樁號(hào)0～180m段處于低值范圍，無(wú)明顯異常。190～240m段庫(kù)底探測(cè)曲線有一高值異常，幅度較低，范圍較寬。淺部探測(cè)曲線無(wú)明顯異常。270～295m段有一明顯高值異常，為庫(kù)水垂直滲漏引起。295～305m段電流密度值恢復(fù)正常。自然電位曲線在5～50m段仍有低值異常，淺部探測(cè)值與庫(kù)底探測(cè)值差異較大，但基本保持平行。在270～300m段，淺部與庫(kù)底探測(cè)均有低值異常，為庫(kù)水垂直滲漏引起，與相應(yīng)位置的電流密度高值異常對(duì)應(yīng)很好。

圖3和圖4為水庫(kù)底部電流密度和自然電位等值線圖。從圖中可以看出，圖3電流密度高值異常區(qū)與圖4自然電位負(fù)值異常部位為同一位置的異常反映，推測(cè)為水庫(kù)滲漏區(qū)。

2.5.2 滲漏類型分析

（1）繞壩滲漏的可能性。圖5為水庫(kù)右岸Z14剖面的自然電位變化曲線圖。從圖中可以看出，剖面小樁號(hào)至大樁號(hào)自然電位值均有先增大后減小的趨勢(shì)。Z14剖面80～180m段均有高電位異常反映，且異常幅度較大，說(shuō)明右岸壩肩地下水位遠(yuǎn)高于庫(kù)水位。滲流層較大的壓差，能形成較強(qiáng)的自然電場(chǎng)，這就排除了繞壩滲漏的可能性。

圖2 H6剖面綜合物探成果圖

圖3 庫(kù)底電流密度等值線圖

圖4 庫(kù)底自然電位等值線圖

圖5 剖面Z14自然電位變化曲線圖

（2）壩基滲漏的可能性。滲流區(qū)位于右壩肩趾板X6～X9帷幕灌漿區(qū)的護(hù)坡錨拉板區(qū)，該區(qū)地質(zhì)條件較復(fù)雜，巖石為軟巖類，巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾少量長(zhǎng)石石英砂巖，受F15斷層和Gb1擠壓帶及小斷層影響，巖石破碎，巖體結(jié)構(gòu)為Ⅳ類。基礎(chǔ)開(kāi)挖時(shí)在趾板X6～X9段潮濕，局部見(jiàn)滲水現(xiàn)象。軟巖類的泥巖開(kāi)挖卸荷后，開(kāi)挖面易失水干裂產(chǎn)生裂隙，該裂隙會(huì)繼承原構(gòu)造裂隙發(fā)育，順層或追蹤裂隙貫通形成滲漏通道。以上情況說(shuō)明，裂隙發(fā)育的軟質(zhì)巖石地基仍有較好的透水性，壩的右半部分存在壩基淺表滲漏的可能性。

（3）壩體滲漏的可能性。右壩肩趾板X6～X9帷幕灌漿雖按5Lu進(jìn)行設(shè)計(jì)，若存在施工缺陷，滲漏區(qū)滲水可穿帷幕進(jìn)入壩體和下滲至地基。從大壩水位監(jiān)測(cè)孔的水位分析中可以看出，大壩絕大部分鉆孔浸潤(rùn)線均較低，但DB-HW-04孔忽然壅高，說(shuō)明壩體存在局部滲水通道。

2.5.3 滲漏路徑

圖6為下游量水堰投鹽前、后水體電阻率變化曲線圖。從圖中可以看出，在投鹽后前3次觀測(cè)水體電阻率值與水體的原始電阻率無(wú)明顯差異，而投鹽后第4次觀測(cè)水體電阻率明顯低于未投鹽時(shí)和前3次觀測(cè)的電阻率。這說(shuō)明此時(shí)庫(kù)內(nèi)異常區(qū)域的鹽水已經(jīng)滲漏至量水堰。這也充分說(shuō)明了庫(kù)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的滲漏區(qū)域與量水堰是連通的，量水堰中的水系庫(kù)內(nèi)滲漏區(qū)域滲出的，庫(kù)水由滲漏異常區(qū)經(jīng)過(guò)壩基和壩體流向下游量水堰。

2.5.4 流速估算

投鹽約18h后量水堰水體電阻率發(fā)生陡降，說(shuō)明鹽水由庫(kù)內(nèi)滲漏異常區(qū)至量水堰所需的時(shí)間約18h，路徑長(zhǎng)度（按直線算）約237m。這樣可估算出滲漏水的流速約為13.2m/h，滲漏水流速較低，可推測(cè)該電站的水庫(kù)大壩無(wú)集中滲漏通道。

圖6 剖面JS1電阻率變化曲線圖

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）本次采用自然電場(chǎng)法、偽隨機(jī)流場(chǎng)擬合法和電阻率剖面法的綜合物探方法對(duì)云南某電站大壩滲漏進(jìn)行探測(cè)，查明了該電站水庫(kù)的滲漏區(qū)域。結(jié)合設(shè)計(jì)、地質(zhì)及水位監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行綜合分析，查明了該水電站水庫(kù)滲漏類型是壩基和壩體滲漏兩種綜合的結(jié)果。查明了該水電站水庫(kù)滲漏的路徑并估算出滲流速為13.2m/h，推測(cè)為無(wú)集中滲漏通道。

（2）本次采用綜合物探方法在水庫(kù)滲漏探測(cè)方面取得了較好的效果，為今后物探工作的開(kāi)展拓寬了思路，打破了以往使用單一物探方法探測(cè)的常規(guī)思維。

（3）物探方法為間接探測(cè)的方法，影響其探測(cè)解釋成果的因素很多，如地形影響，電磁類方法還會(huì)受電磁干擾等。因此采用多種物探方法相互驗(yàn)證、相互補(bǔ)充是提高物探成果的有效方法之一。

（4）開(kāi)展物探工作時(shí)，必須以地質(zhì)調(diào)查工作為先導(dǎo)，了解測(cè)區(qū)的工程地質(zhì)概況、水文資料等為后期資料的處理和成果的分析提供依據(jù)。

（5）綜合物探方法的優(yōu)勢(shì)在于采用兩種及以上常規(guī)物探方法，各自發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互補(bǔ)充，相互驗(yàn)證，以達(dá)到提高探測(cè)效果和解釋精度的目的。在物探方法選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的探測(cè)深度、精度的要求，選擇不同物探方法進(jìn)行組合。此外，在選擇物探方法時(shí)應(yīng)根據(jù)情況盡量選擇不同物性的方法進(jìn)行組合，對(duì)提高探測(cè)成果準(zhǔn)確性和可靠性更有益處。

1 中國(guó)水利電力物探科技信息網(wǎng). 工程物探手測(cè)[M]. 北京：中國(guó)水利電力出版社，2011：79-200.

2 DL/T5010—2005. 水電水利工程物探規(guī)程[S]. 北京：中國(guó)電力出版社，2005.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.02.017

P631

B

1672-2469（2014）02-0054-04

肖長(zhǎng)安（1977年- ），男，高級(jí)工程師。