唐 波，張莉萍，邱德俊，曹凱波，孫 輝

(南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210022)

0 引言

據(jù)水利部統(tǒng)計(jì)，全國有5 萬多座小型水庫，大都因?yàn)榻ㄖ甏眠h(yuǎn)，不同程度地存在滲漏、穩(wěn)定等安全隱患，中央明確提出，到2015年底基本完成小型水庫除險(xiǎn)加固任務(wù)，到2012年底前，完成小(Ⅰ)型水庫除險(xiǎn)加固任務(wù)。病險(xiǎn)水庫的除險(xiǎn)加固工程勘察按照《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(SL55—2005)執(zhí)行，特別是在土石壩滲漏勘察中需重點(diǎn)查明壩體填土的顆粒組成、滲透性、分層填土結(jié)合情況，填土中砂性土的位置、厚度及分層結(jié)合部位的滲透系數(shù);壩體下游坡滲水、漏水部位、特征、滲漏量變化規(guī)律及滲透穩(wěn)定性等。

滲漏問題是小型病險(xiǎn)水庫比較突出的問題，通過地質(zhì)勘察工作掌握滲漏位置、分析滲漏原因等地質(zhì)信息是防滲設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)?？茖W(xué)的防滲處理方案設(shè)計(jì)需要準(zhǔn)確的地質(zhì)資料，要達(dá)到事半功倍的勘察效果，同樣需要有的放矢地開展地質(zhì)勘察工作。

對(duì)于大壩滲漏的勘察，傳統(tǒng)上，可以通過鉆探、土工試驗(yàn)及現(xiàn)場注(壓)水試驗(yàn)、連通試驗(yàn)及同位素示蹤試驗(yàn)等等，《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(SL55—2005)中7.3.3 條也規(guī)定:“宜采用電法、地質(zhì)雷達(dá)、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。”筆者根據(jù)多年小水庫勘測工作實(shí)踐，提出了一種利用土的飽和度突變特征來初判土壩滲漏位置的方法，并將其應(yīng)用到工程實(shí)踐中去，經(jīng)過進(jìn)一步注水試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明初判所獲得的大壩可能滲漏位置土體滲透系數(shù)偏大，進(jìn)而說明利用該方法初步判斷大壩滲漏位置有一定的可行性［1］。

1 土壩滲漏探測傳統(tǒng)方法綜述

1.1 物探方法

為了查找堤壩的滲漏通道，地質(zhì)工作者常采用地球物理探測的方法來檢測水庫大壩，取得了較好的效果。目前用于大壩、堤防探測的地球物理探測的方法可歸納為高密度電阻率法、探地雷達(dá)、瞬變電磁法和面波法四類。

1.2 綜合示蹤方法［2，3］

利用指示劑或示蹤劑來探測堤壩滲漏位置，包括以電導(dǎo)、水化學(xué)、溫度、環(huán)境同位素為主的天然示蹤和以流速、流向測定為主的人工示蹤。

20世紀(jì)50年代就有學(xué)者利用地下水的溫度差異來研究滲水堤壩。其運(yùn)用依據(jù)主要是由于壩基地下水溫度的變化幅度和速度受補(bǔ)給水源的溫度以及地下水強(qiáng)烈的循環(huán)交替條件的影響。此外，地下水本身具有天然的化學(xué)成分，在壩基滲漏評(píng)價(jià)時(shí)，可以利用地下水化學(xué)成分特征分析堤壩滲漏的部位、強(qiáng)度等。

人工同位素監(jiān)測技術(shù)是借助放射性示蹤劑運(yùn)移在滲流場中不同部位的不同表現(xiàn)，進(jìn)而推斷其滲流特征的一種間接手段。國外自20世紀(jì)50年代初將該技術(shù)應(yīng)用于地下水滲流場的理論和技術(shù)中，并將同位素示蹤法廣泛應(yīng)用于水利工程。中國在80年代才開始引進(jìn)該技術(shù)，發(fā)展較快，并成功解決了諸多重要堤壩的滲漏問題。

2 含水率突變特征初判滲漏位置原理及方法介紹

土壩滲漏探測傳統(tǒng)方法中的溫度電導(dǎo)示蹤方法運(yùn)用水庫水的溫度隨深度變化的規(guī)律，可以判斷水庫漏水位置，進(jìn)而達(dá)到查明水庫漏水部位的目的。受此啟發(fā)，水庫大壩土體含水率變化也有相似的規(guī)律，正常情況下從地表向下隨著深度的變化，大壩土體的含水率隨之規(guī)律變化。倘若在土體中某深度處存在滲漏通道，那么隨深度變化的含水率曲線必將出現(xiàn)大的變化。我們的依據(jù)是:在土體中從地表向下隨著深度的變化，從包氣帶往下到潛水位以下，從總體上土體的含水率隨之增大規(guī)律變化，不排除局部因?yàn)樯蠈訙馏w含水率變大的情況。

土體含水率測定是地質(zhì)技術(shù)人員經(jīng)常運(yùn)用的一種常規(guī)室內(nèi)試驗(yàn)手段，主要試驗(yàn)設(shè)備包括為天平、烘箱及鐵盒等。為保證測得土樣天然含水率，需現(xiàn)場進(jìn)行含水率試驗(yàn)?，F(xiàn)場取樣采用小口徑人力麻花鉆，由于小型水庫、中小河流等工程的堤壩多以均質(zhì)土壩為主，采用小口徑人力麻花鉆簡單易操作。利用這種簡易的鉆進(jìn)工具把取上來的土進(jìn)行現(xiàn)場含水率測定，并繪制含水率隨埋深變化曲線圖，利用含水率突變特征即可初判土壩滲漏位置及滲漏通道走向。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

邵處水庫［4］位于南京市江寧區(qū)西南部的谷里鎮(zhèn)境內(nèi)，是一座以防洪為主，結(jié)合灌溉、旅游、養(yǎng)殖等綜合利用的小(Ⅰ)型水庫。邵處水庫建于1958年12月，后經(jīng)過多次加高培厚達(dá)到現(xiàn)有規(guī)模。水庫大壩為均質(zhì)土壩，壩長233 m，壩頂高程34.00～34.30 m(吳淞高程，下同)，最大壩高11.60 m，設(shè)計(jì)洪水位32.03 m，水庫汛限水位30.06 m，死水位23.70 m，最大庫容133×104m3。

3.2 滲漏通道位置初步分析

水庫運(yùn)行多年一直存在右壩端滲漏問題，右壩端壩后坡面、坡腳均存在集中滲漏點(diǎn)。受江寧區(qū)水利局的委托，南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院對(duì)邵處水庫右壩端滲漏原因進(jìn)行分析研究，并提出了防滲處理方案。為了查明邵處水庫大壩右壩端的滲漏通道及滲漏原因，采用了現(xiàn)場鉆探、含水率測量，通過分析隨深度遞增土樣含水率變化規(guī)律，初步分析滲漏通道位置。倘若在土體中某深度處存在滲漏通道，那么隨深度變化的含水率曲線必將出現(xiàn)大的變化。

根據(jù)水庫管理員介紹及現(xiàn)場踏勘，邵處水庫右壩端滲漏點(diǎn)位于壩體背水坡腳處(常年有明水流出，汛期庫水位較高時(shí)流量達(dá)8 L/s)。

針對(duì)滲漏點(diǎn)位置，外業(yè)勘察時(shí)在右壩端布置勘探孔3 個(gè)(B1、B2 及B3)，揭露邵處水庫右壩端地層分布如圖1 所示。

圖1 邵處水庫右壩端地質(zhì)剖面、注水試驗(yàn)段位置圖Fig.1 Diagram showing the geological section of the right ofShaochu Reservoir Dam and location of injection test

分別對(duì)壩頂軸線上3 個(gè)鉆孔進(jìn)行含水率測定。具體方法是:先鉆探取樣，現(xiàn)場從0.5 m 開始分別對(duì)覆蓋層深度內(nèi)每隔0.5 m 采取土樣，經(jīng)現(xiàn)場測試含水率，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 土體含水率隨埋深變化曲線Fig.2 The curve of soil moisture content changing with different depths

含水率試驗(yàn)結(jié)果表明:大壩壩體及壩基土體含水率隨深度總的變化趨勢是增加或變化不大，僅B1 鉆孔局部深度處含水率突然變高，該處土體含水率較高，由此可初步推斷B1 孔附近壩端在埋深5.0 m(標(biāo)高?28.0 m)、12.5 m(標(biāo)高?20.85 m)附近土體存在滲漏可能。

表1 壩體現(xiàn)場注水試驗(yàn)成果匯總表Table 1 The results of water injection test for dam body

3.3 注水試驗(yàn)驗(yàn)證

通過現(xiàn)場鉆探和土體含水率試驗(yàn)初步探明邵處水庫右壩端滲漏通道的基礎(chǔ)上，在B1、B2 及B3 鉆孔內(nèi)分別分段進(jìn)行注水試驗(yàn)，目的是進(jìn)一步分析可能存在的滲漏通道，并測定各巖土體滲透性指標(biāo)，為防滲設(shè)計(jì)提供地質(zhì)參數(shù)，試驗(yàn)段位置詳見圖1。

根據(jù)B1 孔注水試驗(yàn)，深度1.5～6.0 m、10.0～13.0 m 兩處滲透系數(shù)均＞1×10－4，屬中等透水。注水試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場含水率試驗(yàn)基本吻合，基本可以確定B1 孔附近壩端在埋深5.0 m(標(biāo)高?28.0 m)、12.5 m(標(biāo)高?20.85 m)附近土體存在滲漏情況。

4 結(jié)論

本文在綜述土壩滲漏探測傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)介紹了通過鉆探及土樣含水率試驗(yàn)初步查明可能滲透通道，分段對(duì)可能存在滲漏通道的松散巖土體進(jìn)行注水測定其滲透參數(shù)，確定滲漏位置。并通過工程實(shí)例，說明了該方法的合理性和可行性。

建議在今后的工作中多積累經(jīng)驗(yàn)，可以從考慮庫水位對(duì)含水率的影響，或是利用土的飽和度來分析大壩滲漏位置等等。這種簡易的探測方法仍處于嘗試階段，對(duì)于初判土壩滲漏有一定的實(shí)用性。

［1］GB50487—2008，水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2009.

［2］劉建剛，陳建生.堤壩滲漏探測方法研究綜述［C］//中國地球物理.2003 中國地球物理學(xué)會(huì)第十九屆年會(huì)論文集.南京:南京師范大學(xué)出版社，2003.

［3］吳懷宇，周兆英，等.堤壩隱患探測技術(shù)的現(xiàn)狀與展望［J］.長江科學(xué)學(xué)院報(bào)，2000(3):39－41.

［4］唐波，等.南京市邵處水庫右壩端滲漏原因分析及防滲方案探討［J］.江蘇水利，2012(1):11－13.