吳獻(xiàn)華 童文鐸

（河南省水利勘測(cè)有限公司，河南 鄭州 450003）

綜合物探在豫西某水庫(kù)大壩壩體檢測(cè)中的應(yīng)用

吳獻(xiàn)華 童文鐸

（河南省水利勘測(cè)有限公司，河南 鄭州 450003）

水庫(kù)的大壩滲漏隱患是一個(gè)十分嚴(yán)重且難以解決的問(wèn)題。以豫西某水庫(kù)的壩體檢測(cè)為例，根據(jù)地球物理特點(diǎn)，采用高密度電法、自然電場(chǎng)法綜合性的物探方法，探測(cè)壩體內(nèi)的老灌溉洞和漏水點(diǎn)的位置。物探的探測(cè)結(jié)果，結(jié)合鉆孔驗(yàn)證表明，綜合性的物探方法在查找均一壩體的老灌溉洞和漏水點(diǎn)時(shí)，物性的差異明顯，探測(cè)效果顯著，為大壩的壩體加固和防滲漏提供了依據(jù)。

物探；大壩滲水；高密度電法；自然電場(chǎng)法；鉆探驗(yàn)證

工程地球物理勘探是解決土木工程勘察中工程地質(zhì)、水文地質(zhì)問(wèn)題的一種物理勘探方法，簡(jiǎn)稱工程物探。其是以研究地下物理場(chǎng)（如重力場(chǎng)、電場(chǎng)等）為基礎(chǔ)的。不同的地質(zhì)體在物理性質(zhì)上的差異，直接影響地下物理場(chǎng)的分布規(guī)律。通過(guò)觀測(cè)、分析和研究這些物理場(chǎng)，并結(jié)合有關(guān)地質(zhì)資料，可判斷與工程勘察有關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造問(wèn)題。工程物探技術(shù)發(fā)展到今天，大致有電法、探地雷達(dá)、地震、彈性波、層析成像、水聲勘探、放射性測(cè)量和綜合測(cè)井等幾大類共30多種方法。

工程物探具有“透視性”、效率高、成本低以及可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行原位巖土物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試等優(yōu)點(diǎn)，在工程勘察中日益得到重視和發(fā)展。但是，各種物探方法都具有條件性和局限性，多數(shù)方法還存在多解性。因此，正確選擇和運(yùn)用各種物探方法，進(jìn)行綜合物探，并與已有的地質(zhì)、鉆探資料作對(duì)比，才能獲得好的地質(zhì)效果。

水利工程應(yīng)用物探技術(shù)較為成熟，特別在堤、壩工程質(zhì)量檢測(cè)中應(yīng)用較為廣泛。對(duì)已有的水利工程堤、壩質(zhì)量檢測(cè)中要求盡量減少破壞性工作，因此不可能布置太多的勘探、開(kāi)挖工作，而工程物探恰恰是無(wú)損探測(cè)。采用綜合工程物探方法，結(jié)合勘探、原位測(cè)試驗(yàn)證，是解決水利工程中堤壩質(zhì)量檢測(cè)的有效途徑，現(xiàn)以豫西某水庫(kù)大壩壩體檢測(cè)為例進(jìn)行分析［1，2］。

1 工程概況

豫西某水庫(kù)控制流域面積14km2，屬黃土丘嶺區(qū)，壩址上游干流長(zhǎng)5km，水庫(kù)于1957年冬興建但未建成；1958年汛期壩體大水決口，后又進(jìn)行續(xù)建；1959年又進(jìn)行重建，1962年基本建成。運(yùn)行幾年后，于1973年進(jìn)行了水庫(kù)擴(kuò)建工程，壩體加高10m，庫(kù)容增大到779萬(wàn)m3，壩頂高程204.2m，最大壩高34.0m，壩頂寬7.0m，壩長(zhǎng)318.5m。該水庫(kù)主要有均質(zhì)土壩、溢洪道、輸水涵管、管理用房等工程。

2013年初，在大壩背水坡的老灌溉洞出口，出現(xiàn)緩流滲水。迎水坡由于壩體多次加高和維護(hù)，已無(wú)法確定老灌溉洞的進(jìn)口位置。老的灌溉洞在壩體中形成潛在的滲漏通道，危及大壩的安全，需查明其分布情況，進(jìn)行封堵防滲處理。

由甲方提供的《工程地質(zhì)勘察報(bào)告》可知，壩址區(qū)地層巖性為第四系全新統(tǒng)（Q4）大壩筑填土、輕粉質(zhì)壤土、重粉質(zhì)壤土和上更新統(tǒng)（Q3）重粉質(zhì)壤土。

2 物探方法與技術(shù)

本次工作需查明老灌溉洞在壩體內(nèi)的走向、洞頂深度及進(jìn)出口位置，并確定老灌溉洞在壩體內(nèi)漏水帶。擬采用高密度電法和自然電場(chǎng)法綜合測(cè)試，平行于大壩軸線，在大壩迎水坡、壩頂、大壩背水坡布設(shè)物探剖面，探測(cè)深度15～50m，并布置少量鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證。

2.1 高密度電法

2.1.1 高密度電阻率法溫納裝置。電極總數(shù)Psum=60根，電極間距△x=2～5m，隔離系數(shù)n=19。實(shí)測(cè)時(shí)，首先把60根電極一次性布置完畢，進(jìn)行接地電阻檢查、儀器電池電壓及供電電源檢查，剖面參數(shù)設(shè)置、啟動(dòng)測(cè)量。觀測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄存儲(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行人工監(jiān)視，確保觀測(cè)質(zhì)量。溫納裝置測(cè)量及滾動(dòng)線示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 溫納裝置測(cè)量及滾動(dòng)線示意圖

2.1.2 高密度電阻率法采用MN-B裝置。電極總數(shù)Psum=60根，電極間距△x=2～5m，隔離系數(shù)n=25～29，采用三極裝置MN-B（A∞）連續(xù)滾動(dòng)掃描裝置。MN-B裝置測(cè)量及滾動(dòng)線示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 MN-B裝置測(cè)量及滾動(dòng)線示意圖

使用儀器設(shè)備為重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所WGMD-3型高密度電阻率法測(cè)量系統(tǒng)。供電電源采用乙電，最大供電電壓360V，最小供電電流150mA。對(duì)于異常點(diǎn)采用重復(fù)觀測(cè)，以保證觀測(cè)精度。

2.2 自然電場(chǎng)法

自然電場(chǎng)法可確定水庫(kù)的漏水地點(diǎn)，了解河水和地下水的水力聯(lián)系，了解巖溶地區(qū)地下水活動(dòng)情況。地表水自上往下運(yùn)動(dòng)，滲入巖石中，會(huì)產(chǎn)生自然的負(fù)異常。為了確定河流、湖泊、水庫(kù)和渠道底部的滲漏地點(diǎn)，工作時(shí)可將一個(gè)不極化電極放在水庫(kù)大壩背水坡漏水處（固定電極），另外一個(gè)流動(dòng)電極在水庫(kù)壩體按測(cè)線移動(dòng)測(cè)量，可連續(xù)記錄自然電位差的變化，從而確定引起漏水的裂隙或透水層的位置。滲漏水速度越大，自然電場(chǎng)負(fù)異常就越明顯。

自然電場(chǎng)法是觀測(cè)所有測(cè)點(diǎn)相對(duì)于某一個(gè)固定基點(diǎn)（正常場(chǎng)）的電位值。N極作固定電極，M極作流動(dòng)電極。記錄點(diǎn)為M極所在位置。使用儀器為重慶奔騰研究所生產(chǎn)的WDJD-3型多功能數(shù)字直流激電儀。

3 物探測(cè)試成果解譯與驗(yàn)證

3.1 高密度電法測(cè)試成果解譯

布置物探橫剖面6條，靠近大壩右岸，在背水坡布設(shè)剖面3條，壩頂布設(shè)剖面1條，迎水坡布設(shè)剖面2條，共完成剖面總長(zhǎng)度1 008m。詳細(xì)高密度剖面布置及異常點(diǎn)位置見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)高密度數(shù)據(jù)的反演，獲得高密度電阻率圖像，結(jié)合對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際調(diào)查和勘察情況，對(duì)電阻率圖像進(jìn)行分析、解譯。1～3剖面，布置在壩身的背水坡，老灌溉洞的位置在電阻率圖像呈低阻異常；4剖面布置在壩頂?shù)谋乘?，由于探測(cè)深度過(guò)深，老灌溉洞的位置異常不明顯；5、6剖面布置在壩身的迎水坡位置，5剖面位于迎水坡馬道上，老灌溉洞的位置呈現(xiàn)高阻異常；6剖面布置在迎水坡右岸臨水面，沿水面向左岸布設(shè)電極，平行于馬道，在這個(gè)剖面的電阻率圖像上，未發(fā)現(xiàn)有異常反應(yīng)，經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)查，推測(cè)老灌溉洞在此剖面已經(jīng)被挖除，或者未延伸至此剖面。5剖面高密度電法異常位置的解釋圖見(jiàn)圖3，異常點(diǎn)的位置在樁號(hào)52m處。

圖3 5剖面高密度電法異常位置解釋圖

3.2 自然電場(chǎng)法測(cè)試成果解譯

在高密度電法各剖面上，布置自然電位法測(cè)線，采集可靠數(shù)據(jù)后，繪制自然電位法曲線圖，經(jīng)過(guò)對(duì)曲線和資料的整理與分析，判定物探剖面漏水帶的異常點(diǎn)。圖4為5剖面的自然漏水點(diǎn)位置解釋圖，漏水點(diǎn)在樁號(hào)72m處。

表1 豫西某水庫(kù)大壩壩體老灌溉洞高密度剖面布置及異常點(diǎn)位置表

圖4 5剖面自然電位漏水點(diǎn)位置解釋圖

3.3 鉆孔驗(yàn)證結(jié)果

物探工作結(jié)束后，進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證，在5剖面處布置鉆孔7個(gè)。

①布置的7個(gè)鉆孔中，有2個(gè)鉆孔中在頂板深度12m，底板深度14m之間，鉆到青灰色磚塊和洞內(nèi)充填的淤泥，確定這兩處為老灌溉洞位置，并可推斷老灌溉洞的高度為2m，寬度為1.2～1.6m，洞身垂直于壩體，近東西走向。巖芯圖片見(jiàn)圖5，青灰色巖芯為老灌溉洞的磚塊，灌溉洞內(nèi)充填泥質(zhì)物。

圖5 老灌溉洞巖芯圖片

②鉆孔資料結(jié)合物探的自然電位資料，可推測(cè)此壩體的漏水點(diǎn)為老灌溉洞的南側(cè)4、8m兩處和右壩肩漏水，由于老灌溉洞墻體的阻擋，漏水帶向老灌溉洞的出水口處慢慢匯集，形成了老灌溉洞出水口的漏水。建議在迎水坡對(duì)老灌溉洞進(jìn)水口和壩體的漏水帶進(jìn)行灌漿加固處理。

③高密度電阻率圖像異常點(diǎn)的深度中心在8.4m處，鉆孔驗(yàn)證的老灌溉洞深度在12～14m，與鉆孔資料深度有差異。

4 結(jié)語(yǔ)

①工程物探在水利工程中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由于是無(wú)損探測(cè)，因此在堤壩工程檢測(cè)中優(yōu)勢(shì)明顯。

②豫西某水庫(kù)始建于20世紀(jì)五六十年代，后經(jīng)過(guò)多次續(xù)建、改擴(kuò)建，大壩存在的質(zhì)量隱患較多，特別是老灌溉洞形成滲漏通道，危及大壩安全，應(yīng)查明灌溉洞分布和滲漏通道情況，進(jìn)行加固處理。

③采用高密度電法和自然電場(chǎng)法綜合測(cè)試，基本上查明了老灌溉洞和漏水點(diǎn)的位置，并得到了鉆孔的驗(yàn)證。

④工程物探解譯的成果和鉆孔資料驗(yàn)證還存在一定的差異，除了需對(duì)物探資料進(jìn)行精確的解譯，積累工程經(jīng)驗(yàn)也特別重要。

［1］SL326-2005.水利水電工程物探規(guī)程［S］.

［2］GB50487-2008.水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)程［S］.

The Application of Integrated Geophysical Prospecting in a Reservoir Dam in West Henan

Wu Xianhua Tong Wenduo
（Henan Water Conservancy Survey Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 450003）

Reservoir dam leakage is a very serious and critical problem.Taking a reservoir dam detection in west Henan for example,the location of the old irrigation hole and water leakage in the dam were detected with the compre?hensive method of high density resistivity and the natural electric field,according to the geophysical characteristics. The detection results of geophysical exploration,combined with the drilling verification showed that property differ?ence was obvious and the detection effect was remarkable with the integrated geophysical method in detecting the lo?cation of old irrigation hole and water Leakage point,which can provide the basis for dam reinforcement and seepage prevention.

geophysical prospecting；dam seepage；high density resistivity method；natural electric field method；drilling verification

TV698.1

A

1003-5168(2016)09-0108-03

2016-08-18

吳獻(xiàn)華（1972-），女，工程師，研究方向：物探和工程地質(zhì)勘察。