何 熠

(庫車水務(wù)投資集團(tuán)有限公司，新疆 庫車 842000)

1 滲漏檢測技術(shù)及定向處理技術(shù)分析

1.1 滲漏檢測技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

對于水庫大壩滲漏檢測技術(shù)的研究一直是水利工程中重要的研究課題。目前主流的探測技術(shù)可分為破損探測、無損探測，其中破損探測根據(jù)探測區(qū)域的不同又可分為坑探、槽探、鉆探及井探等，而無損探測是近幾年新興起的檢測技術(shù)，其原理是通過地球物理勘探技術(shù)針對不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)等條件，分析其中存在的地球物理異常場進(jìn)而確定病險形成的主要原因。根據(jù)以往的研究發(fā)現(xiàn)，無損探測技術(shù)在水庫大壩的病險探測方面能夠進(jìn)行快速、連續(xù)的探測，并且能夠應(yīng)用于不同體量的水庫大壩的探測作業(yè)。地球物理勘探技術(shù)具有多種形式，如直流電阻率法、激電法、自然電場法、瞬變電磁法、探地雷達(dá)法、逆流場法、彈性波法、溫度場法、同位素示蹤法等，其中應(yīng)用最為廣泛的為直流電阻率法，其主要原理是通過檢測巖土體介質(zhì)電阻率中存在的差異來判斷病險發(fā)生的位置：當(dāng)滲漏出現(xiàn)后，巖土體的含水率將不斷增加，而其電阻數(shù)值將呈現(xiàn)下降的狀態(tài)，進(jìn)而產(chǎn)生較大的電性差異，不過根據(jù)實際應(yīng)用情況來看，該方法具有一定的檢測盲區(qū)并且檢測的方式較為單一，通過該方法獲取的勘探結(jié)果存在精準(zhǔn)性較差的情況[1]。

隨著工程技術(shù)的不斷發(fā)展，電法勘探的出現(xiàn)為水庫大壩除險加固提供了全新的思路。并行網(wǎng)絡(luò)電法本質(zhì)為實時性全電場勘探技術(shù)，能夠在供電的同時收集不同電極產(chǎn)生的自然電場、一次場、二次場等數(shù)據(jù)，其原理可以看作是將直流電阻率法與激電法的融合，具有較高的工作效率，并且不會受現(xiàn)場環(huán)境噪音以及檢測設(shè)備的影響或限制，進(jìn)而能夠獲得檢測過程中的全屬性數(shù)據(jù)，并且結(jié)合網(wǎng)絡(luò)并行技術(shù)，使所獲取到的數(shù)據(jù)更具有同步性、瞬時性，進(jìn)而提升了檢測過程中電阻率曲線的分辨率。并行網(wǎng)絡(luò)電法根據(jù)加電流形式的不同可分為單點供電法以及偶極子法，其中水庫大壩病險探測主要采用單點供電法，其具有更快的測試速度以及讀寫速度，可實現(xiàn)測試現(xiàn)場對檢測結(jié)果的讀取。當(dāng)水庫大壩發(fā)生滲漏后巖土體含水率的增加將提升該區(qū)域的導(dǎo)電性，依據(jù)視電阻率以及反演電阻率圖中顯示的低阻區(qū)便可判定發(fā)生滲漏的位置。

1.2 定向處理工藝分析

土石壩的建筑工藝是將土料、石料或混合料進(jìn)行逐層地拋填、碾壓而成，由于采用的建筑材料呈現(xiàn)散粒體結(jié)構(gòu)，因此在正常狀態(tài)下存在較低的出溢點和滲漏量屬于正常現(xiàn)象，不過若是抗?jié)B水平較差將會誘發(fā)滲透性破壞。在進(jìn)行土石壩的滲漏檢測時，通常會在大壩迎水坡、大壩以及背水坡等區(qū)域以平行于壩軸線的方式布設(shè)若干電法測站，并使用解譯模塊判讀各測線電阻率斷面數(shù)據(jù)，并將電阻率擬斷面以及真電阻率剖面進(jìn)行匯總，從而構(gòu)成電阻率斷面測網(wǎng)，并根據(jù)滲漏發(fā)生的區(qū)域以及詳細(xì)的滲流量，以及區(qū)域性阻值的差異判定滲漏的隱患病險區(qū)、擴(kuò)大處理區(qū)以及正常區(qū)域，之后根據(jù)實際的滲漏情況以及水庫大壩工程各項數(shù)據(jù)、以往病險加固情況等最終擬定出合理的防滲處理方案[2]。

針對壩頂防滲斷面的定向處理，需要根據(jù)大壩中不同區(qū)域中的電性狀態(tài)選擇使用的定向施工工藝以及鉆孔布局方案。其中對于隱患病險區(qū)需要首先檢測出實際滲漏點位的滲漏高程，從而能夠更好地選取灌漿工藝及材料；在隱患的病險區(qū)域作業(yè)中常采用雙排或多排形式的密集鉆孔措施，方式的選擇主要以實際的滲漏狀態(tài)而定；鉆孔注漿過程中應(yīng)注意觀察鉆孔的行進(jìn)速度，在一定情況下可進(jìn)行注水、壓力或者示蹤劑試驗，驗證實際的滲漏情況從而可以根據(jù)實際情況調(diào)整灌漿工藝的應(yīng)用以及注漿漿液的配置比例，以獲得更好的滲漏處理效果；針對擴(kuò)大處理區(qū)域可采用適當(dāng)增加鉆孔之間的間距、減少排列數(shù)量的方案，通過灌漿處理后便可以實現(xiàn)加固大壩、防治滲漏繼續(xù)發(fā)展的作用；針對正常區(qū)域通常采用不影響水庫大壩原始運(yùn)行狀態(tài)的方式，無須進(jìn)行任何的處理[3]。

針對水庫大壩滲流病險區(qū)域?qū)嵤z測及灌漿處理，通過檢測出灌漿靶區(qū)后以注漿鉆孔的方式獲取該區(qū)域?qū)嶋H的巖土體信息以校正探測的結(jié)果，以更好地選擇、調(diào)整注漿處理的方案，從而能夠達(dá)到理想的除險加固效果。

2 滲漏探測及定向處理技術(shù)的應(yīng)用

2.1 工程案例

某山塘水庫總庫容為3.7×104m3，有效庫容為3.0×104m3，調(diào)洪庫容0.7×104m3，死庫容為0.5×104m3，大壩為堆石壩，壩體高度為17.5 m，壩長50.0 m，壩頂寬度為5.5 m。該大壩在運(yùn)行期間發(fā)生滲漏病險，采用套井回填實施過處理，但并未實施帷幕灌漿工藝，當(dāng)前大壩壩腳排水棱體區(qū)域具有顯著滲流情況發(fā)生，并且該山塘水庫大壩老涵管區(qū)域的套井曾發(fā)生過塌孔事故，處理方式為水泥黏土回填，但套井處理深度未達(dá)到巖基；樁號K0+018～K0+020段上游基礎(chǔ)大放腳區(qū)域發(fā)生過塌方。

2.2 滲漏探測

本次除險加固工程中滲漏的探測電法測線布置方式(如圖1)為沿大壩軸向設(shè)置4條位于背水坡的測線。其中1#測線布置于沿頂軸線下游布置，供電電極距設(shè)置為1.0 m，總長度為50 m；2#測線布置于壩背水側(cè)距壩頂2 m，供電電極距設(shè)置為1.0 m，總長度為50 m，且與1#測線平行相距1.5 m；3#測線布置于背水坡一側(cè)，供電電極距設(shè)置為1.0 m，總長度為50 m，此側(cè)線高程為136 m；4#測線布置于下游一級馬道以上壩坡，供電電極距設(shè)置為1.0 m，總長度為45 m，此側(cè)線高程為128 m。滲漏探測方式采用單點供電法。

圖1 滲漏的探測電法測線布置方式

根據(jù)電法探測判讀的結(jié)果顯示，大壩溢洪道、涵管區(qū)域出現(xiàn)低阻區(qū)，存在滲漏的可能性，其中涵管區(qū)域中低阻區(qū)出現(xiàn)的范圍及深度尤為顯著，因此可以判斷其與下游的滲漏電存在一定的聯(lián)系性。通過對比2#測線與套井剖面可以發(fā)現(xiàn)，舊涵管右側(cè)16 m套井為塌孔區(qū)域，而右側(cè)10 m區(qū)域中存在連續(xù)的塌孔；所探測區(qū)域?qū)儆跐B流較弱區(qū)域，結(jié)果與探測區(qū)低阻相符合；滲漏水流呈現(xiàn)出由左岸向右岸方向偏移。大壩溢洪道周圍壩體與壩基同樣存在輕微滲漏問題。根據(jù)以上探測結(jié)果可以評價出該大壩存在較大的病險威脅，為了保障水庫大壩以后運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性以及發(fā)揮應(yīng)有的效益需要對其進(jìn)行必要的防滲處理。2#測線剖面與套井剖面對比結(jié)果如圖2所示。

圖2 2#測線剖面與套井剖面對比結(jié)果

2.3 防滲處理方案及技術(shù)要求

根據(jù)探測結(jié)果確定，大壩實施灌漿處理的區(qū)域為K0+004.～K0+048.4，長度為53.1 m，具體技術(shù)要求為：采用單排灌漿孔灌漿，孔位的中心線與大壩套井中重合，各關(guān)注孔間距為1.5 m；施工時按照三序灌漿施工，如有需要可補(bǔ)孔灌注；灌注孔的深度需達(dá)到相對不透水層2 m區(qū)域；在大壩壩頂布設(shè)四處檢查孔。灌注漿是由20%325#普通硅酸鹽水泥配制的黏土漿，為了提升灌注漿的強(qiáng)度以及減少凝固時間可加入一定比例的速凝劑；黏土含量占比總干土重的30%以上；灌注漿總含砂率需低于30%，密度為1.4～1.6 kg/m3，黏度30～60 mPa·s，含水量70～90 ml/kg；漿液灌注壓力為0.05～0.10 MPa(實際灌注壓力可根據(jù)灌注深度或作業(yè)現(xiàn)場情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整)。填充灌漿段的長度通常為5.0 m，施工中采用一次成孔作業(yè)，灌漿管底口伸入灌漿段內(nèi)1.5 m，自下而上分段灌漿，最后灌漿施工區(qū)域為壩頂以下2 m區(qū)域。實施灌漿時首先采用1.3 g/cm3的稀漿緩慢灌注，之后再提升灌漿的速度，并根據(jù)規(guī)范調(diào)整灌漿以及復(fù)灌，復(fù)灌應(yīng)≥3次，每次持續(xù)1～2 d。

3 滲漏處理效果分析

對水庫大壩的滲漏檢測結(jié)果顯示，該大壩為強(qiáng)/中透水性，定向灌漿處理后通過檢查孔的注水試驗結(jié)果顯示，壩體透水性呈現(xiàn)為弱性，大壩滲透性顯著降低，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。定向灌漿處理大壩檢查孔1注水試驗結(jié)果如表1所示。

通過對水庫大壩定向灌漿處理前后的庫水位與滲漏點流量數(shù)據(jù)的對比可以發(fā)現(xiàn)，定向灌漿處理前最大滲流量為5.65 L/s，而定向灌漿處理后將降至0.35 L/s，滲流量下降了93.8%，由此可見大壩滲漏處理效果極為顯著。水庫大壩定向灌漿處理前后的庫水位與滲漏點流量數(shù)據(jù)的對比如圖3所示。

圖3 水庫大壩定向灌漿處理前后的庫水位與滲漏點流量數(shù)據(jù)的對比

根據(jù)以上滲漏處理效果分析顯示，該大壩在經(jīng)過定向灌漿處理后其滲透性能得到顯著的改善，水庫能夠達(dá)到較高水位的蓄水需求，并且滲漏區(qū)域得到有效的封堵，對水庫大壩的安全運(yùn)行具有重要的作用。

4 結(jié) 語

針對土石壩滲漏病險采用并行網(wǎng)絡(luò)電法滲漏探測技術(shù)，對滲漏區(qū)域?qū)嵤┒ㄏ蛱幚砟軌蛉〉蔑@著的除險加固效果，根據(jù)實際工程案例分析結(jié)果顯示：并行網(wǎng)絡(luò)電法滲漏探測能夠準(zhǔn)確地獲取大壩滲漏范圍及深度等參數(shù)，并可有效追蹤出滲漏通道與具體的流向；采用定向灌漿處理能夠有效地降低水庫大壩的滲漏情況，具有重要的社會經(jīng)濟(jì)價值；通過驗證后可以發(fā)現(xiàn)并行網(wǎng)絡(luò)電法滲漏探測結(jié)合定向灌漿處理在水庫大壩的病險處理方面具有重要的作用及意義。