白廣明，劉守財(cái)，李 醒

（1．黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱150080；2．三洲田·銅鑼徑水庫管理處，廣東 深圳518118；3．黑龍江省水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督中心，黑龍江 哈爾濱150040）

面板堆石壩主要由壩身堆石和壩前混凝土面板構(gòu)成，混凝土面板起擋水防滲作用。一旦混凝土面板出現(xiàn)裂縫、破碎或面板間止水失效等問題，滲透水就會進(jìn)入壩體，形成壩后滲漏。

消除壩體滲漏的方法是首先找到混凝土面板出現(xiàn)問題的區(qū)域，然后采取工程措施處理。由于入滲部位在水下，通常情況探查設(shè)備很難確定其所在位置。采用有效方法準(zhǔn)確探查出防滲面板上的入滲部位是可靠消除面板堆石壩滲漏的關(guān)鍵。

筆者使用流場法堤壩滲漏探測設(shè)備成功探查出了堆石壩面板上的滲漏入口位置，本文結(jié)合探查實(shí)例介紹探查工作原理、設(shè)備及其工作過程。

1 工程概況

測試的面板堆石壩是一座中型水庫的攔河壩，該水庫總庫容0．8億m3，電站裝機(jī)2100kW。是以防洪、發(fā)電和城鎮(zhèn)供水為主，兼顧灌溉、改善環(huán)境等綜合利用的水利樞紐工程。

面板堆石壩的壩長279．00m，最大壩高27．00m，壩頂寬5．00m。上游坡面設(shè)混凝土防滲面板，坡面斷面呈折線形，從壩頂起始向下16m為鉛直坡面，以下坡面的坡比為1∶0．3。面板每隔7．5m設(shè)一橫向分縫。面板縫間設(shè)紫銅片止水。壩底設(shè)1．0m厚混凝土墊層，基礎(chǔ)采用固結(jié)灌漿加帷幕灌漿加固基巖和壩基垂直截滲。工程于2006年基本完成，同年7月正式下閘蓄水。壩斷面示意圖見圖1。

圖1 壩斷面圖（單位：長度mm）

工程完工后在大壩左壩段防滲面板上發(fā)現(xiàn)了10道豎向貫通裂縫，立即用SR柔性防滲材料對防滲面板出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行了處理。具體處理方法如下：首先在面板縫寬位置的混凝土上切一寬5cm、深5cm矩形槽，然后在槽內(nèi)間距30～50cm鉆孔，在槽內(nèi)埋設(shè)灌漿管后用快干水泥封閉矩形槽和灌漿管，從下到上向各灌漿管中灌注水溶性聚氨酯，灌注壓力控制在0．3～0．6MPa之間，維持0．5MPa壓力5min，等到所有灌漿孔都出漿時(shí)結(jié)束灌漿。然后用鑿子鑿掉封漿水泥及灌漿管，待矩形槽縫表面干燥無潮濕現(xiàn)象后，用角磨機(jī)在矩形槽四周打磨混凝土面，其打磨總的寬度為45cm寬，用毛刷刷去混凝土表面雜物至混凝土表面無凸凹后，再在打磨好的45cm寬混凝土表面上涂基液，鑲嵌柔性止水材料，再自上而下鋪貼三元乙丙橡膠，用不銹鋼膨脹螺栓擰緊固定，最后用環(huán)氧樹脂封閉蓋片兩側(cè)和螺栓。修補(bǔ)后外觀情況見圖2，圖中大壩前坡混凝土防滲面板上豎向黑色條帶即為裂縫修補(bǔ)處。

圖2 修補(bǔ)后的大壩混凝土防滲面板

壩后滲漏出水點(diǎn)靠近左壩段，在樁號0＋032m處，滲出水量不大。

2 探測原理

探測面板堆石壩滲漏是采用特殊電流場去擬合滲漏水流場的“流場法”原理進(jìn)行的［1－2］。

2．1 基本概念

（1）基本場

在某一水域建立電場后，在正常沒有滲漏的情況下，電場的電流密度分布均勻，密度無相對集中現(xiàn)象［3］。此時(shí)的電流密度場稱之為基本場，檢測出的電流密度值稱之為正常值。對于不同的水域，基本場的電流密度分布特征會有所不同。如果建立電場的參數(shù)固定，水域供排水條件不變，在一個(gè)水域基本場中各部位的正常值數(shù)值偏差不大。

（2）異常場

異常場是相對正常場而言的，由于滲漏的存在，使得水域中電場的電流密度分布特征發(fā)生改變，水域中的入滲區(qū)域電流密度將變大［3］；即電場在基本場的基礎(chǔ)上，局部區(qū)域會出現(xiàn)高值反映，此時(shí)的電場稱之為異常場，該高值稱為異常值。異常值的幅值大小和分布范圍與滲漏入滲點(diǎn)的特征直接相關(guān)。

正常值與異常值的關(guān)系［4］見圖3。

圖3 正常值與異常值關(guān)系示意圖

2．2 入滲區(qū)域確定方法

有了正常值、異常值概念后，就容易通過模擬電場確定測試水域中的入滲區(qū)域了。在探測水域完成對模擬電場的電流密度的測試后，電場中異常值數(shù)據(jù)所在位置就是測試水域中的入滲區(qū)域，確定入滲區(qū)域方法如下。

確定正常值數(shù)值、異常值所在位置：將測試水域內(nèi)各測線上的電流密度測量結(jié)果值匯總，可以得到如圖4樣式的平面等值線圖?；緢鲈趫D面上表現(xiàn)為大范圍的低值區(qū)域，測試數(shù)據(jù)為正常值，變化范圍小，等值線分布較疏。異常場則具有電流密度測量值突變、幅值增大的特點(diǎn)，異常值發(fā)生在等值線相對較密位置。

圖4 電流密度測試結(jié)果平面圖樣式

測試區(qū)域中測得的電流密度成果數(shù)據(jù)假設(shè)多數(shù)在0～10范圍內(nèi)，則可以確定10為正常值，大于等于正常值2倍的數(shù)據(jù)（即20）為異常值。

滲漏類別的判斷：通過模擬電流場不但可以找到滲漏入口，還可以通過測試結(jié)果平面圖分析，判斷出滲漏的類別。測試水域中，異常場所在區(qū)域即為探測到的管涌或滲漏的入水部位。如果異常值高，區(qū)域范圍較小，一般是管涌的特征。異常值高，區(qū)域范圍大，則是集中滲漏的特征。異常值低，一般是散浸的特征。如果低異常值存在于正常場與異常場之間的大面積區(qū)域里，該現(xiàn)象基本是由于散浸引起的［5］。

3 探測設(shè)備

流場法探測設(shè)備系統(tǒng)主要由信號發(fā)送和信號接收兩部分組成。發(fā)送部分包括設(shè)備專用電源、發(fā)送機(jī)、供電電極、供電導(dǎo)線等；接收部分包括接收機(jī)、測量探頭等。配套工具有GPS定位系統(tǒng)、專用筆記本電腦、對講機(jī)、快艇等。

4 探測工作實(shí)施

開展探測工作時(shí)探測設(shè)備布置見圖5。

圖5 流場法滲漏探測工作布置示意圖

4．1 在測試水域建立電場

首先確定本次探測范圍為水庫壩前30m以內(nèi)水域。為了在測試水域中建立起可以模擬滲漏水流場的電場，將發(fā)送機(jī)A電極放置在壩后滲漏出口的滲出水中，發(fā)送機(jī)B電極放置在水庫庫區(qū)水中［6］。為了不引起模擬電場發(fā)生奇異變形，發(fā)送機(jī)B電極應(yīng)放置在距離面板堆石壩盡可能遠(yuǎn)的庫區(qū)水中，實(shí)際使用的電纜長度為100m。

發(fā)送機(jī)電極布置好以后，開通發(fā)送機(jī)電源就在壩前庫區(qū)內(nèi)的水域中建立起了模擬滲漏水流場的電流場。

4．2 測定電場基本場的正常值

庫區(qū)如果存在滲漏入口，只有滲漏入口附近為異常場，庫區(qū)測試水域其它區(qū)域的電流場均應(yīng)該是均勻分布的基本場。測量水域中基本場的正常值時(shí)，用船載接收機(jī)并且拖拽專用探頭在測試區(qū)域大面積測試，測得大范圍基本一致的電流密度值就是基本場的正常值。通過實(shí)際測試，測得庫區(qū)內(nèi)模擬電流場的基本場正常值在10～15之間。

4．3 確定測區(qū)內(nèi)測線間距

為了保證測試可靠覆蓋測試區(qū)域，探測時(shí)采用的測線間距為5m。根據(jù)現(xiàn)場的探測條件，用經(jīng)緯儀確定測線。首先在壩東端垂直壩軸線向上游確定一條直線。然后在這條直線的上游側(cè)轉(zhuǎn)角90°，在距離壩前防滲面板5m的庫區(qū)水面上確定出平行防滲面板的第一條測線。用同樣方法再分別確定出平行且距離防滲面板10m、15m、20m、25m和30m等5條測線。由此確定出探測壩前水域范圍，南北方向探測壩前30m以內(nèi)水域、東西方向探測左岸至右岸之間水域。

5 探測結(jié)果

經(jīng)過用船載接收機(jī)沿著確定的壩前測線仔細(xì)探查，結(jié)果在整個(gè)測試水域中僅在防滲面板前查找到一個(gè)與壩后滲漏水相關(guān)的入滲位置。為了保證測試結(jié)果無誤，又多次在該區(qū)域詳細(xì)探測，最終確定滲漏入口中心位置位于樁號0＋032m、高程在當(dāng)時(shí)庫水面以下7．5～10．5m之間。由當(dāng)時(shí)庫區(qū)水位為266．50m推算，滲漏入口高程在256．00～259．00m之間。圖6為探測人員在現(xiàn)場詳細(xì)探測模擬電流場的異常場所在位置。圖2示出了滲漏入口在壩前的位置。

圖6 現(xiàn)場復(fù)核探測滲漏入口位置

6 滲漏產(chǎn)生原因分析

探測結(jié)果表明在樁號0＋032m、高程256．00～259．00m處發(fā)現(xiàn)了與壩后滲漏出水相關(guān)的滲漏入口。從委托單位提供的《防滲面板裂縫處理工作報(bào)告》中可知，在樁號0＋032m位置從最底下的一塊面板（高程252．50m～258．00m）到第二塊面板（高程258．00～264．00m）在澆筑以后都出現(xiàn)了混凝土裂縫?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，此處的防滲面板裂縫是一條從壩頂（高程274．00m）到壩體下部（高程252．50m）的通縫。說明此處的應(yīng)力比較集中，雖然用SR柔性防滲材料進(jìn)行了處理，由于不均勻沉降等因素的作用，隨著時(shí)間的推移，裂縫兩側(cè)壩體還可能會發(fā)生新的變位，造成面板修補(bǔ)部位新的破壞。

從壩體的剖面圖可知，防滲面板坡面上部為垂直面板，下部為1∶0．3坡比的面板，在高程258．00m處為坡比改變的折點(diǎn)。用SR柔性防滲材料進(jìn)行處理時(shí)，此處的鑿毛和止水處理不好將直接影響修補(bǔ)質(zhì)量，是修補(bǔ)工作難度相對較大的位置。

現(xiàn)場測試時(shí)庫區(qū)水位高程為266．50m，由于本探測方法只能探測到水位以下的滲漏入口位置，本次探測結(jié)果不能排除在高程266．50m水面線以上防滲面板上還存在其它滲漏入口。

7 結(jié)論及建議

（1）用流場法滲漏探測設(shè)備探查，在壩前防滲面板上找到1處對應(yīng)壩后滲出水的滲漏入口，位置在樁號0＋032m處、高程在256．00～259．00m之間。

（2）滲漏入口處的防滲面板曾經(jīng)發(fā)生過裂縫，并且修補(bǔ)過。經(jīng)分析，滲漏入口處是防滲面板應(yīng)力相對集中、防滲修補(bǔ)相對困難的位置。

（3）本次探測結(jié)果不能排除在高程266．50m水面線以上防滲面板上還存在其它滲漏入口。建議在水庫高水位運(yùn)行時(shí)，用流場法對高程266．50m以上防滲面板進(jìn)行檢測。

（4）流場法能夠探測出堆石壩防滲面板上的滲漏入口位置，為壩體滲漏處理方案正確選擇、工程處理有的放矢提供出準(zhǔn)確依據(jù)。本方法可以廣泛應(yīng)用到其它壩型使用。

［1］何繼善．堤防滲漏管涌“流場法”探測技術(shù)［J］．銅業(yè)工程，2000（1）：5－8．

［2］朱自強(qiáng)，鄒聲杰，何繼善，等．流場擬合法在洪澤湖大堤管涌滲漏探測中的應(yīng)用［J］．工程地球物理學(xué)報(bào)，2004（6）：243－246．

［3］何繼善，鄒聲杰，湯井田．流場法探測堤防管涌滲漏異常的分布實(shí)驗(yàn)［J］．中國防汛抗旱，2008（增1）：132－135．

［4］鄒聲杰，湯井田，何繼善，等．流場擬合法在堤壩滲漏管涌探測中的應(yīng)用［J］．人民長江，2004（2）：7－18．

［5］鄭燦堂，萬海，鄭茂海．關(guān)于流場法理論的幾點(diǎn)認(rèn)識［J］．地球物理學(xué)進(jìn)展，2012（10）：2190－2197．

［6］中華人民共和國水利部．SL 436－2008堤防隱患探測規(guī)程［S］．北京：中國水利水電出版社，2009．