徐 軼 ，譚 政 ，位 敏

（1.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責任公司，430010，武漢；2.國家大壩安全工程技術(shù)研究中心，430010，武漢；3．中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計有限公司，510610，廣州）

大壩防滲是水利水電工程設(shè)計和施工中最重要的關(guān)注點之一，但由于各方面原因，滲漏一直以來都是水庫大壩最常見的病害。大壩滲漏不僅影響水庫發(fā)電、供水、灌溉等工程效益的正常發(fā)揮，嚴重者甚至直接威脅工程的防洪安全，造成潰壩風險。滲漏問題是影響大壩整體安全的重要因素，深入研究大壩滲漏的探測技術(shù)、評價方法及其處理對策，總結(jié)工程經(jīng)驗，對于保障我國水庫大壩的安全運行具有重大的現(xiàn)實意義。

有效、準確地探測滲漏病害是評價大壩滲漏安全和進行加固處理的重要前提，但由于水庫大壩建筑物規(guī)模大、范圍廣，滲漏病害的滲漏點分散，滲漏病害具有較強的復雜性與隱蔽性，其探測一直以來都是大壩安全領(lǐng)域的一項技術(shù)難題。

一方面，由于各類大壩建筑物型式繁雜、工作條件各不相同，不同壩型導致滲漏的表現(xiàn)形式及原因千差萬別，且同一時期大壩可能存在多種滲漏現(xiàn)象，滲漏病害呈現(xiàn)多樣化、多元化特征。單一滲漏探測技術(shù)在水庫大壩中的應(yīng)用均存在一定局限性，需要采用多種可行方法進行補充與印證。

另一方面，近年我國壩工技術(shù)及大壩建設(shè)發(fā)展迅速，已建大壩中有相當數(shù)量的高壩大庫，高壩深水環(huán)境下滲漏病害因探測部位水深更大、范圍更廣、水下環(huán)境更復雜，常規(guī)檢測技術(shù)難以實施或?qū)嵤┬Ч^差。

本文對不同滲漏探測手段技術(shù)特點和應(yīng)用效果進行總結(jié)，提出滲漏探測技術(shù)發(fā)展趨勢；結(jié)合實際工程經(jīng)驗，提煉不同壩型滲漏探測技術(shù)應(yīng)用要點，以期為類似工程滲漏探測提供依據(jù)和參考。

一、水庫大壩滲漏探測技術(shù)現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展，水庫大壩滲漏病害探測技術(shù)得到了快速發(fā)展，基于聲、光、電、電磁等原理的探測方法得到了廣泛應(yīng)用，聲吶滲漏檢測、潛水員檢測、水下機器人檢測等手段也應(yīng)用于水庫大壩的滲漏檢測。根據(jù)技術(shù)特點及原理，可以將常用滲漏探測技術(shù)分為5大類，即電磁法類、彈性波法類、示蹤法類、視頻法類及其他類。

1.電磁法類

電磁法類主要包括自然電場法、高密度電阻率法、瞬變電磁法、大地電磁法、探地雷達法、電磁波CT法等。此類方法通過測量巖土材料本身電磁特性及其在天然或人工激發(fā)電磁信號作用下響應(yīng)來探測壩體內(nèi)部缺陷情況，若壩體內(nèi)存在集中滲漏通道時會呈現(xiàn)明顯電磁信號異常。由于電磁信號在巖土地質(zhì)體中衰減速率較快，電磁法類有效探測距離較短，且電磁信號易受外界環(huán)境及地層本身非均勻性干擾，探測精度常受到限制。

2.彈性波法類

彈性波法類主要包括地震折射波法、瑞雷波法、彈性波CT法、聲吶法等。此類方法利用人工激發(fā)的地震波、瑞雷波、聲波等彈性波在被測介質(zhì)中的不同傳播速度及反射、折射、透射等原理對介質(zhì)內(nèi)部的缺陷進行檢測。如聲吶法利用聲波在水中的優(yōu)異傳導特性，基于多普勒原理實現(xiàn)對水庫庫底流速場的檢測，以定位入滲點。近年聲吶法在閘壩、面板壩及瀝青心墻壩等壩型滲漏檢測中得到了成功應(yīng)用,但此類方法多采用二維斷面檢測，需要布置大量斷面才能顯示整體檢測結(jié)果。

3.示蹤法類

示蹤法類主要包括同位素示蹤法、連通性試驗、水化學分析等。此類方法通過在大壩上游或滲漏入口投入同位素示蹤劑、熒光素、食品級顏料或其他對環(huán)境無毒害的顏料示蹤劑，調(diào)查滲漏入口的水化學成分（如氯離子、硫酸根離子、重碳酸根離子，鈣、鎂、鉀、鈉等離子），并在大壩下游滲漏出口進行監(jiān)測，以判斷水流的連通性及滲漏通道的存在。此類方法一般作為滲漏探測的輔助驗證手段，無法確定滲漏通道在大壩內(nèi)部的分布情況。

4.視頻法類

視頻法類主要包括潛水員視頻檢查、彩色電視視頻檢查、水下機器人（ROV）探測、水下噴墨攝像、鉆孔彩色電視成像技術(shù)等。通過近距離視頻攝像等方式可以直觀檢查水下部位等隱蔽性較強的滲漏病害，隨著水下無人技術(shù)、視頻成像技術(shù)的不斷發(fā)展，ROV視頻檢查、水下噴墨攝像、鉆孔彩色電視成像技術(shù)在水庫大壩滲漏探測中應(yīng)用越來越廣泛。由于水庫大壩規(guī)模龐大、水庫環(huán)境復雜，視頻檢查也存在檢測工作量大、效率低、水下復雜環(huán)境難以覆蓋等不足。

5.其他類

除上述方法外，也有一些其他方法可用于水庫大壩滲漏探測，如流場法、溫度場法等。流場法測定“偽隨機”電流場與滲漏水流場時空分布形態(tài)之間的擬合關(guān)系，來判斷滲漏入口；溫度場法是在獲得滲漏通道上各測點溫度的情況下，運用反分析法研判溫度異常確定滲漏通道的具體位置。但此類方法應(yīng)用于水庫大壩滲漏探測中時，需假設(shè)具備一條或者多條集中的滲漏通道，邊界條件太過理想化，實際工程應(yīng)用中并不多見。

二、滲漏探測技術(shù)發(fā)展趨勢

目前滲漏已成為水庫大壩的常見病害之一，亟須能夠快速準確查明滲漏病害的探測技術(shù)?？偨Y(jié)水庫大壩常用滲漏探測技術(shù)及其發(fā)展趨勢，今后需要加強關(guān)注以下幾個方面：

1.需發(fā)展綜合性探測技術(shù)，融合多源信息進行滲漏診斷

采用單一探測方法往往不能全面反映大壩滲漏情況，且探測成果得不到驗證，準確率不高。在實際工程應(yīng)用中，常需要采用多種可行的方法進行檢測與印證，對檢測結(jié)果進行綜合分析和綜合評價。一些學者提出了采用兩種或多種物探手段的綜合物探方法，進行大壩滲漏檢測。但除物探方法外，滲流監(jiān)測資料分析、數(shù)值反演分析等多種手段均可以應(yīng)用到滲漏探測中。應(yīng)綜合利用不同分析方法及檢測手段的優(yōu)勢，發(fā)展融合多源信息的綜合探測技術(shù)。

2.狹窄水域深水滲漏探測技術(shù)需得到加強

近年，不少高壩大庫建成伊始即存在滲漏，滲漏探測呈現(xiàn)范圍深水化的特點。水下滲漏探測主要采用潛水員檢測及ROV檢測，但常規(guī)空氣潛水深度受限（60m以內(nèi)），ROV對于深水復雜作業(yè)環(huán)境適應(yīng)性差。有必要進一步研究氦氧混合氣潛水技術(shù)（深度可達60～120m）以及水利水電行業(yè)專業(yè)機器人等在深水環(huán)境滲漏探測中的應(yīng)用。

3.滲漏病害的可視化探測方法需要深入研究

目前大壩滲漏無損檢測主要針對上游壩面滲漏入口檢測，對內(nèi)部通道和對壩體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響只能通過鉆孔等破壞性檢查?？蛇M一步研發(fā)聲吶掃描成像、超聲成像等成果可視化的探測方法，提高成果解譯的直觀性，以準確探知大壩建筑物滲漏通道的位置。

4.測量精準化是今后滲漏探測技術(shù)發(fā)展的重要趨勢

現(xiàn)有物探檢測數(shù)據(jù)繁雜、解譯精度低，難以準確定位滲漏位置。研究在高山峽谷地區(qū)的水庫水域范圍內(nèi)入滲點的精準定位探測技術(shù)，對于滲漏處理及加固具有重要意義。

三、水庫大壩滲漏探測技術(shù)應(yīng)用要點

水庫大壩病害情況各異，其滲漏病害的探測是一項復雜的工作。在不斷提高和發(fā)展各種探測技術(shù)手段的同時，應(yīng)注意結(jié)合實際工程特點對滲漏病害進行診斷和研判。水工建筑物型式繁雜，不同壩型、不同類型滲漏適用的探測技術(shù)也不盡相同。因此有必要針對不同壩型滲漏病害的特點提煉滲漏探測技術(shù)工程應(yīng)用要點。

1.水庫大壩滲漏病害特點

根據(jù)水庫大壩滲漏發(fā)生部位的不同，一般分為三種類型：壩體滲漏、壩基滲漏、繞壩滲漏。

（1）壩體滲漏

作為水庫主要擋水建筑物的各類壩型均具備完善的防滲體系，壩體本身的滲漏主要源于防滲體系出現(xiàn)缺陷或存在薄弱環(huán)節(jié)，庫水沿薄弱部位發(fā)生滲漏。但不同壩型因結(jié)構(gòu)型式存在差異，其防滲體系具有不同特點，呈現(xiàn)不同的滲漏規(guī)律。我國水庫大壩壩型種類繁多，從筑壩材料來看，土石壩和混凝土壩是兩類主要壩型。此外，近數(shù)十年來，我國瀝青混凝土心墻堆石壩和混凝土面板堆石壩工程應(yīng)用發(fā)展較快，這兩種壩型的滲漏病害問題也比較突出。

對于土質(zhì)防滲體土石壩（如均質(zhì)土壩、黏土心墻壩、黏土斜墻壩等），其滲漏病害主要表現(xiàn)為壩體長期存在滲漏、管涌、散浸、流土，甚至有的壩腳存在沼澤化。滲漏主要成因是防滲土料抗?jié)B指標不足、防滲體或壩體填筑質(zhì)量差、防滲體開裂老化、白蟻及其他動物危害等。

混凝土壩 （包括混凝土重力壩、拱壩及碾壓混凝土壩等）滲漏主要表現(xiàn)為壩面裂縫、結(jié)構(gòu)縫集中滲水，甚至大量析鈣問題，主要成因是壩體澆筑質(zhì)量差而產(chǎn)生裂縫或孔洞、混凝土抗?jié)B性能低及結(jié)構(gòu)縫止水失效等形成滲漏通道。

瀝青混凝土心墻壩主要為心墻或心墻與基礎(chǔ)接觸部位滲漏，導致滲漏的主要因素有：瀝青混凝土心墻質(zhì)量缺陷、心墻開裂、心墻老化、瀝青心墻與混凝土基座連接處理不善等。

混凝土面板堆石壩依靠堆石體上部設(shè)置的較薄混凝土面板作為主要防滲體，其滲漏通道多發(fā)生在面板，且主要表現(xiàn)為混凝土面板裂縫、破損或局部缺失、面板錯臺、面板結(jié)構(gòu)縫的止水失效等引起的滲漏，主要原因有壩體與兩岸基巖變形不協(xié)調(diào)、壩體填筑材料的特性和壓實不密實，面板止水結(jié)構(gòu)存在缺陷等。

（2）壩基滲漏及繞壩滲漏

各類壩型壩基滲漏主要表現(xiàn)為壩基覆蓋層、強風化巖體、基巖裂隙或結(jié)構(gòu)面發(fā)生滲漏，巖溶地區(qū)還存在巖溶滲漏問題。繞壩滲漏一般表現(xiàn)為滲水通過大壩兩岸壩端山體從下游岸坡逸出，滲漏通道主要為透水性較高的覆蓋層、巖石斷層裂隙、溶洞和生物洞穴等。壩基滲漏及繞壩滲漏主要原因是覆蓋層或強風化巖體清基不徹底、帷幕灌漿質(zhì)量較差等。

2.滲漏探測技術(shù)工程應(yīng)用

在認識水庫大壩滲漏病害基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合不同滲漏探測技術(shù)的適用特點及工程實踐，提出常見壩型滲漏探測技術(shù)工程應(yīng)用要點。

（1）土質(zhì)防滲體土石壩滲漏

土質(zhì)防滲體土石壩要依靠壩內(nèi)土料防滲，滲漏通道分布較廣，也較為隱蔽。一般可先進行現(xiàn)場查勘、監(jiān)測資料分析等，初步判定滲漏類型。針對其滲漏流速慢、隱蔽性強的特點，可采取物探方法進行滲漏區(qū)域及滲漏流向的檢測，常用的檢測方法包括電磁法（如自然電場法、高密度電阻率法、探地雷達法、大地電磁法、瞬變電磁法）和流場法等。如《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(SL 55—2005)中7.3.3條也規(guī)定：“宜采用電法、地質(zhì)雷達、電磁波等物探方法探測壩體病害、喀斯特的空間分布、滲漏通道位置及埋藏深度?！痹诖嘶A(chǔ)上，可采取地勘鉆孔及探坑，通過孔內(nèi)電視、壓水試驗、連通性試驗等手段進一步判斷大壩滲漏部位及量級，排查滲漏通道。

江西省高泉水庫大壩為土石壩，上游為均質(zhì)土體，下游為堆石體，壩頂長240m，最大壩高41.50m。2009—2010年水庫除險加固，大壩增設(shè)混凝土防滲墻，并進行了帷幕灌漿。水庫蓄水至234.7m時，發(fā)現(xiàn)壩后存在兩處滲漏點。采用大地電磁法及高密度電法對土石壩壩體進行整體探測，兩種方法探測結(jié)果互相驗證，初步判斷出大壩滲漏重點區(qū)域主要位于左壩區(qū)；再采用高密度電法和微動法的綜合物探手段，對重點部位進行局部精細探測，查明左壩區(qū)內(nèi)存在2條滲漏優(yōu)勢通道。

（2）混凝土壩滲漏

相比土石壩而言，混凝土壩的壩面形狀較為規(guī)整，壩面相對較陡，為滲漏檢測帶來便利。對混凝土壩滲漏通道可采用示蹤技術(shù)、電磁法、聲發(fā)射、地質(zhì)雷達、核磁共振及溫度場法等進行檢查；對水面以下的裂縫滲漏或變形縫滲漏調(diào)查可采用潛水員、水下機器人視頻檢查與噴墨示蹤檢查相結(jié)合的方式進行。

云南省某水電站大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高140m，壩頂高程1 228.00 m，壩頂長622 m。工程于2013年4月底開始下閘蓄水，水位1 212m時，大壩左岸廊道發(fā)現(xiàn)滲漏，滲水量達60 L/s。采用流場法、自然電場法、全孔壁數(shù)字成像法，結(jié)合溫度場法和示蹤法對大壩滲漏進行探測，查明了滲漏部位、滲漏類型、滲漏路徑。

（3）瀝青混凝土心墻壩滲漏

瀝青混凝土心墻壩的滲漏多為非集中的點狀滲漏，滲漏入口分散，目前并沒有單一、有效、可靠的檢測方法和技術(shù)。由于瀝青混凝土心墻壩壩體內(nèi)部堆石料、瀝青混凝土心墻、混凝土基座和壩基等多重介質(zhì)物理力學特性差異較大，瞬變電磁法、高密度電法等物探手段分辨率較低，應(yīng)用效果不佳。針對設(shè)置在壩體內(nèi)部的瀝青混凝土心墻滲漏，一般可在心墻上下游側(cè)布置鉆探孔，以水體為媒介，采用水下聲吶、鉆孔彩色電視、示蹤法、連通性試驗、壩體內(nèi)水位分析等多種方法進行滲漏探測。

廣東某水庫大壩為瀝青混凝土心墻堆石壩，壩頂長395m，壩頂高程51.0m，最大壩高44.4m。2007年8月大壩建成蓄水后，河床段壩腳普遍滲漏，壩腳長約198m范圍內(nèi)普遍出現(xiàn)流水，出現(xiàn)直徑3～8 cm清水漏洞。通過勘探鉆孔，采用示蹤法、流場法、地下水面線法及鉆孔彩色電視等滲漏探測技術(shù)對大壩心墻上下游進行了綜合檢測，查明庫水位以下瀝青混凝土心墻、防滲墻以及鋼筋混凝土基座附近均存在滲漏通道。

（4）混凝土面板堆石壩滲漏

混凝土面板堆石壩滲漏多因面板缺陷特別是周邊縫止水破壞失效所致。由于多數(shù)水庫無法放空，且由于面板壩上游壩腳表面一般布置土料蓋重區(qū)，一旦蓋重底部面板發(fā)生破壞，給面板壩的滲漏檢測帶來較大困難。面板、接縫止水破損等引起滲漏易在壩體內(nèi)部形成較為明顯的滲漏通道，一般可采用潛水員水下攝像、ROV檢查、水下高清示蹤攝像等方法進行直觀檢測，準確確定滲漏通道；對于一些滲漏入口較為隱蔽、滲漏點較為分散的情況，可采用水下聲吶滲漏探測、流場法等手段進行檢測。

湖南白云水庫大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高120m，大壩上下游坡比均為1∶1.4。1998年12月下閘蓄水后的10年里，大壩滲漏量在正常值范圍內(nèi)，自2008年5月后，滲漏量開始加大并持續(xù)增加，2012年9月達到最大1 240 L/s。采用深水聲像綜合查漏技術(shù)進行滲漏檢測，即首先采用“三維流速矢量聲吶測量儀”檢測黏土鋪蓋表面滲漏流速場，隨后對滲流速較大部位采用水下高清噴墨攝像進行重點核測，最后對幾處滲漏量大的部位采用水下導管連通性試驗進行驗證。通過多種手段結(jié)合，查清了混凝土面板及其周邊區(qū)域滲漏的具體位置和滲漏分布情況。

（5）壩基及壩肩滲漏

壩基及壩肩滲漏主要沿地質(zhì)構(gòu)造中薄弱帶發(fā)生，包括覆蓋層、坡積層、強風化巖體、巖石斷層裂隙或結(jié)構(gòu)面以及巖溶等。壩基及壩肩滲漏的勘察，可以采用鉆探、孔內(nèi)電視、土工試驗及現(xiàn)場注（壓）水試驗、連通性試驗、同位素示蹤法及電磁法、彈性波法等物探方法等。如某水庫采用高密度電法、地質(zhì)雷達和淺層地震反射等3種物探手段進行勘探，并輔以地質(zhì)鉆探驗證，查明壩基巖石斷裂破碎帶及巖溶產(chǎn)生的空洞是主要滲漏通道。

四、結(jié) 語

滲漏病害的有效、準確探測是評價大壩滲漏安全和進行加固處理的重要前提。本文首先總結(jié)了水庫大壩常見滲漏探測技術(shù)的現(xiàn)狀，根據(jù)技術(shù)特點及原理對滲漏探測技術(shù)進行了分類，并提出滲漏探測技術(shù)呈現(xiàn)探測手段綜合化、范圍深水化、成果可視化、測量精準化的發(fā)展趨勢。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合不同滲漏探測技術(shù)的適用特點及工程實踐經(jīng)驗，提出常見壩型滲漏探測技術(shù)應(yīng)用的要點，以期為類似工程的滲漏探測提供依據(jù)和參考。