李衛(wèi)忠，錢萬春，祖安君

（1.常州市金壇區(qū)水利局薛埠水利管理服務站，江蘇 常州 213200；2.南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029；3.水利部大壩安全管理中心，江蘇 南京 210029）

土壩滲漏問題是威脅大壩安全性的重要因素，不僅需要對在建的水利工程加強防滲加固的工作，還需要對出現(xiàn)隱患或者發(fā)生滲漏的工程及時補救，進行搶險修復，保證工程安全。探明隱患部位并分析滲漏原因是對堤壩滲漏進行加固修復的重要前提。然而，由于土壩結構和工作條件不盡相同，且需要檢測的規(guī)模大、范圍廣，土壩隱患及滲漏病害具有組合性和隱蔽性的特點，因此防滲隱患的探測仍然是水利工程安全領域的一大技術難題。

目前，堤壩出現(xiàn)隱患發(fā)生滲漏的搶險修復技術主要有復合土工膜加固法和鉆孔灌漿法等方式。對于灌漿加固的修復措施，由于滲漏通道一般位于大壩內(nèi)部，無法直接判別灌注材料是否到達隱患發(fā)生滲漏處，隱患的修復效果只能通過觀察和測定滲流量是否減少或鉆孔取芯測定滲透系數(shù)來測定，且這兩種手段有一定的滯后性，無法直接觀察隱患的修復效果。同時，部分工程隱患存在洪水期發(fā)生滲漏，枯水期無滲漏的現(xiàn)象，因而在枯水期對隱患進行修復時無法通過觀察滲流量大小來判定修復效果，只能等待洪水期的到來，而無法及時進行補救。因此，研究一種能直接對隱患的修復效果進行及時檢測的方法十分必要。高密度電法具有數(shù)據(jù)采集效率高，提供的地電斷面信息豐富，探測斷面成果圖直觀等優(yōu)點，較適合于均質土壩滲漏探測［1］，因此，結合桃園凹塘壩工程實際情況，采用高密度電法探測大壩滲漏情況［2-5］。

1 工程概況

桃園凹塘壩位于金壇區(qū)薛埠鎮(zhèn)茅庵村，屬太湖流域，建成于1984 年6 月，集水面積0.25 km2，總庫容10.29萬m3。防洪標準為20年一遇洪水設計，200年一遇洪水校核。正常蓄水位與汛限水位為31.90 m（青島高程，下同），設計洪水位32.49 m，校核洪水位32.72 m。樞紐工程主要由1座大壩、1座溢洪道和1座輸水涵洞組成。大壩為均質土壩，壩頂高程33.90 m，壩頂長160 m、寬4.0 m，最大壩高7.9 m。上游壩坡在高程32.40 m 設平臺，平臺上下坡比分別為1∶2.5、1∶3.0，分別采用干砌石與草坪磚護坡；下游坡坡比為1∶3.0，采用草皮護坡。

桃園凹塘壩于2018 年11 月至2019 年8 月進行了除險加固，但未對大壩采取防滲措施，加固后大壩仍存在滲漏問題，滲漏區(qū)域為下游壩坡左側與中部區(qū)域。2020 年針對2 處滲漏部位進行了純水泥灌漿處理，但效果并不明顯，滲漏部位與范圍仍未發(fā)生變化，其中中部滲漏區(qū)域面積較大，出逸點較高。

2 現(xiàn)場檢查

為全面摸清大壩滲漏現(xiàn)狀，2021 年4 月16 日，相關工程技術人員對桃園凹塘壩進行了現(xiàn)場檢查，檢查當日庫水位31.22 m，天氣晴。各樁號以左壩頭壩頂路面起點為樁號0+000為參照進行量測。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，下游坡共有2 處散浸、滲水區(qū)域，其中一處為樁號0+029～0+040、高程27.64～29.26 m區(qū)域，總面積約56 m2，檢查當日該區(qū)域局部存在滲水現(xiàn)象；另一處為樁號0+070～0+103、高程26.61～29.98 m 區(qū)域，總面積約285 m2，檢查當日該區(qū)域未見散浸、滲水，但根據(jù)管理人員介紹，庫水位接近正常蓄水位31.90 m時此區(qū)域滲水嚴重。

3 高密度電法探測

3.1 探測方案

桃園凹塘壩大壩高密度電法探測儀器為ABEM Terrameter LS 2 地電成像系統(tǒng)，因大壩滲漏范圍較大，且大壩總長僅160 m，在壩頂布置高密度電法測線對全壩段進行探測。探測斷面位于壩頂下游路肩處，因地形限制，測線至溢洪道后垂直于壩軸線沿下游壩坡布置，累計有效探測范圍為樁號0+000～0+130 段。測線布置情況見表1 及圖1。因桃園凹塘壩最大壩高7.9 m，為取得較高探測精度，電極間距為1 m，電極陣列采用“溫納”模型［6］。

圖1 桃園凹大壩高密度電法探測斷面布置

表1 桃園凹塘壩探測斷面特性

3.2 探測成果

采用Res2dinv 3.54 程序對探測成果進行模型反演與成果后處理，數(shù)據(jù)反演基于平滑抑制的最小二乘優(yōu)化算法，反演成果見圖2。云圖橫坐標為樁號（測線長度），縱坐標為深度，均采用常數(shù)坐標軸。云圖中的電阻率等值線標準列于云圖右側采用色階表示，圖中直線為根據(jù)地勘資料確定的近似壩體、壩基分界線。

圖2 桃園凹大壩高密度電法探測云圖［電阻率/（Ω·m）］

大壩主要填筑材料與壩基均為粉質壤土。根據(jù)《堤防隱患探測規(guī)程》（SL436—2008），亞黏土電阻率為10～100 Ω·m。粉質壤土與亞黏土特性接近，其電阻率與壓實度、含水量、含砂量密切相關，壓實度越高，電阻率越大；含水率越高，電阻率越??；含砂量越高，電阻率越大。含水亞黏土電阻率一般小于10 Ω·m，基于此對探測成果進行分析。

由探測云圖可知：

（1）圖中共有2處“低阻異常區(qū)”，分別位于樁號0+000～0+065（大壩左側）、0+080～0+092（大壩中部）的壩體和壩基區(qū)域，應為大壩滲流薄弱部位。

（2）與壩體中部的“低阻異常區(qū)”相比，左岸部位的“低阻異常區(qū)”面積更大，其中樁號0+000～0+025 電阻率更小，電阻率小于20 Ω·m，該部位主要位于左岸山體以及與壩體接觸部位，應為滲流較為薄弱部位，與現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)的“左側壩坡散浸、滲水部位”存在較強相關性。大壩左側的“低阻異常區(qū)”表明左壩肩與壩體結合部位清基不徹底，存在接觸滲流隱患。

（3）壩體中部“低阻異常區(qū)”應與現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)的“壩體中部存在大面積散浸滲水痕跡”存在相關性，實測“低阻異常區(qū)”面積較小，主要因桃園凹近期在相對較低水位運行，且該部位壩坡當前并未出現(xiàn)散浸滲水現(xiàn)象。正常蓄水位31.90 m時壩體中部出現(xiàn)大面積散浸滲水現(xiàn)象，但當水位降低至當前庫水位31.22 m時，壩體中部散浸滲水現(xiàn)象消失，推測滲流通道入口可能位于上游壩坡高程31.20～31.90 m之間。

3.3 處置對策

當前大壩因存在“下游壩坡左側與中部大面積散浸滲水”而限制水位運行，嚴重制約工程效益發(fā)揮，并影響大壩安全與下游安全，需及早采取必要工程措施處理，建議采取如下處置對策：

（1）探測云圖雖表明壩基局部存在滲漏薄弱部位，但運行過程中并未暴露壩基滲漏問題，當前滲漏處置可以左岸接觸滲流與壩體滲漏為主。

（2）建議采用垂直防滲措施對全壩段壩體進行防滲處理，防滲體軸線布置在壩頂，其中左側壩段（樁號0+000～0+040）防滲體深入壩基長度不宜小于1.0 m，其他壩段防滲體底高程控制在29.00 m。貼坡反濾措施可視垂直防滲處理后的效果選用。

（3）增設必要的雨水情測報和大壩安全監(jiān)測設施如水尺、測壓管，監(jiān)控大壩滲流安全狀況，指導工程安全運行。

（4）及時清理壩坡雜草，疏通壩腳導滲溝，改善工程形象。

（5）在消除隱患前，控制水位在30.90 m 以下運行，并加強巡視檢查。

4 結 語

本文采用高密度電法對桃園凹塘壩滲漏進行探測，通過對探測成果進行模型反演和后處理分析。

（1）壩體左岸和中部存在“低阻異常區(qū)”，經(jīng)分析判斷，左岸山體以及與壩體接觸部位、壩體中部為大壩滲流較為薄弱部位，左壩肩與壩體結合部位存在接觸滲漏，探測分析結果與現(xiàn)場檢查結論一致。

（2）高密度電法為大壩滲漏探測提供了較為豐富的地電斷面信息，與現(xiàn)場檢查信息相互補充、互為印證，可以對除險加固效果進行有效評價，并為滲漏處置對策的確立提供依據(jù)。

（3）根據(jù)現(xiàn)場檢查和探測分析結果，提出了采用垂直防滲措施對全壩段壩體進行防滲處理，增設必要的雨水情測報和大壩安全監(jiān)測設施，疏通壩腳導滲溝，隱患消除前控制低水位運行并加強巡視檢查等相應的滲漏處置對策，為充分發(fā)揮工程的社會及經(jīng)濟效益提供了決策支持。