譚 磊 ，江曉益 ，李紅文 ，皮 雷 ，江樹海 ，尚建濤

（1.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室，浙江 杭州 310020；3.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

水庫大壩統(tǒng)籌防洪、發(fā)電、供水、灌溉等多重復(fù)合型功能，是保障人民生命財產(chǎn)安全，保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然選擇。新時期，2016年全國水利發(fā)展統(tǒng)計公告數(shù)據(jù)顯示，我國已建成各類水庫98460 座，成為世界上擁有水庫大壩最多的國家，同時我國也進(jìn)入世界低潰壩率國家行列。但我國水庫大壩95%以上為土石壩，并且大多建設(shè)于20世紀(jì)80年代以前，如此點多、面廣、量大的土石壩滲漏問題成為水利標(biāo)準(zhǔn)化管理最大的難點。

目前，大壩除險加固的設(shè)計方法、施工技術(shù)及防滲新材料都取得長足的進(jìn)步，為大壩防滲處理提供了可靠的保障。然而，在工程實際應(yīng)用中也存在一些問題，具體表現(xiàn)為處理范圍較大、防滲補(bǔ)強(qiáng)難以經(jīng)受工程長期運行的考驗以及防滲處理效果欠佳，甚至存在部分水庫在除險加固完成后滲漏現(xiàn)象更加惡化的丑態(tài)?？辈?、設(shè)計以及施工等環(huán)節(jié)對滲漏隱患的空間分布特征不清，盲目采取千篇一律的整治措施是導(dǎo)致水庫效益難以發(fā)揮的根本性原因。針對浙江省內(nèi)水庫、山塘存在大壩滲漏問題，研究團(tuán)隊提出了1套集查漏和堵漏相結(jié)合的“水庫堤防滲漏并行電法探測”技術(shù)，在全省近200座水庫（山塘）中得到示范性推廣。本文在介紹并行電法探測技術(shù)之后，展示了近年來典型水庫滲漏探測應(yīng)用成果，并針對推廣應(yīng)用中存在的問題展開討論。

2 水庫滲漏并行電法探測技術(shù)

2.1 物性基礎(chǔ)及隱患識別

土石壩壩體是由人工填筑，采用分層碾壓，逐層加厚而成，水平方向上電阻率具有連續(xù)性，在垂向上電阻率具有遞變性，進(jìn)而根據(jù)滲流薄弱區(qū)與周圍壩體之間的電阻率差異判斷隱患的空間分布特征[1]。一般地，大壩滲漏部位發(fā)生在浸潤線之下，造成滲漏薄弱區(qū)相對周圍介質(zhì)表現(xiàn)為更低阻，通常大壩壩體滲漏隱患電阻率圖像表現(xiàn)為閉合狀異常；壩基滲漏主要由于原壩基凊底不徹底或巖基破碎，低阻異常區(qū)位于壩基部位，由于大壩測線布置的局限性，常表現(xiàn)為半閉合狀；壩肩繞壩滲漏是水庫滲漏的主要表現(xiàn)形式，低阻區(qū)在測線外且曲率較小的特征。

2.2 技術(shù)特點

并行電法是集電剖面和電測深為一體，結(jié)合電阻率層析成像等技術(shù)改進(jìn)的測試系統(tǒng)，相對傳統(tǒng)電成像技術(shù)，采用面向應(yīng)用的新概念，實行擬地震式數(shù)據(jù)采集構(gòu)架，供采分離，多電極同步進(jìn)行多次覆蓋式電位測量，具有抗工頻干擾、隨機(jī)干擾性能強(qiáng)等特點，大大提高施工效率，同時海量大數(shù)據(jù)獲取有利于進(jìn)行滲漏隱患的精細(xì)探查與分析。并行電法技術(shù)顯著特點是改進(jìn)了傳統(tǒng)高密度電法拘泥于分裝置串行采集的弊端，實現(xiàn)并行、高效、大數(shù)據(jù)瞬時獲取的新理念，發(fā)揮面向?qū)ο蟮娜妶鰯?shù)據(jù)同步采集的優(yōu)勢[2]。

根據(jù)施加電流的方式不同，并行電法分為單點供電（AM法）和偶極子（ABM）法2種采集方式。水庫滲漏探測多采用AM法（見圖1），在采集過程中，B電極只具有構(gòu)成電流回路的作用而被置于無窮遠(yuǎn)處。按照協(xié)議發(fā)布供電命令，讓任意電極（電極1號）處于供電狀態(tài)，則其余測量電極（電極2 ～ n號）同步采集電位數(shù)據(jù)，依次供電與采集的有機(jī)組合，所有的電位數(shù)據(jù)與參比電極N作歸一化電位差處理，得二極、三極以及高分辨地三維數(shù)據(jù)體，提高解譯的精度。

圖1 A M法工作方式原理圖

2.3 技術(shù)優(yōu)勢

相較于高密度電法技術(shù)，具有以下特點：

（1）高密度電法采樣過程中，一組供電電極只能采集一組電壓數(shù)據(jù)，其余電極處于閑置狀態(tài)，采集器在不同時刻受到的外界干擾存在差異，而并行電法對測線上（除供電電極以外）電極同步采集數(shù)據(jù)，有效降低外來噪聲的干擾，增強(qiáng)信噪比；

（2）在同樣的時間內(nèi)，64通道并行采集數(shù)據(jù)是高密度電法分裝置采集的1365倍，大大提高了工作效率；

（3）基于并行電法收錄到的為電流、電位數(shù)據(jù)，根據(jù)供電時期不同，依次可獲取自然場，一次場和二次場的全場數(shù)據(jù)體；并可根據(jù)需要，對一次場數(shù)據(jù)體進(jìn)行電流和電壓數(shù)據(jù)體之間的相互組合，得到不同裝置的高密度電法視電阻率數(shù)據(jù)和泛裝置數(shù)據(jù)；

（4）采用多次覆蓋式測量，利用供電電極和測量電極之間的互換測量，極大地豐富了地電信息，實現(xiàn)高分辨、全透視測量，海量的數(shù)據(jù)體為跨孔、孔地以及立體化成像提供可靠性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3 典型應(yīng)用示范

水庫大壩滲流薄弱區(qū)具有隱蔽性、時變性以及分布的隨機(jī)性，導(dǎo)致隱患可能分布在壩基、壩體、左右岸山體及其與大壩的接觸帶部位，甚至有些是因引水建筑物發(fā)生破壞引起的，故不同的滲漏部位在電阻率色譜圖上也表現(xiàn)不一。

3.1 蛟塢水庫壩基及接觸帶組合滲漏

蛟塢水庫位于安吉縣境內(nèi)，是一座以灌溉為主的?。?）型水庫，工程主要建筑物由大壩、溢洪道、壩下涵管等組成。大壩為黏土心墻壩，大壩壩高10.00 m，在大壩運行過程中，發(fā)現(xiàn)大壩左坡腳排水溝漏水最嚴(yán)重，導(dǎo)致大壩蓄水位較低，最大的壩腳滲漏點對應(yīng)樁號K0 + 035 m處。

通過在大壩壩頂布置電法測線，利用并行電法儀采集數(shù)據(jù)體，經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到視電阻率（見圖2）。從圖2可以得出，大壩淺表層視電阻率值相對較大，可能與壩體土含水率有關(guān)，低阻區(qū)分布在大壩左壩段和河床段中部，結(jié)合大壩壩高以及出水點位置，比對隱患識別標(biāo)準(zhǔn)，推斷出隱患橫向分布在K0 + 005 ～ K0 + 025 m段，埋深在5.00 ～12.00 m，表現(xiàn)為壩基及接觸帶部位滲漏。

圖2 大壩心墻視電阻率斷面圖

根據(jù)探測成果，對滲漏區(qū)進(jìn)行鉆探作業(yè)工作，揭露出水庫巖基及接觸帶較為破壞，且下游出現(xiàn)渾水的現(xiàn)象，對該段進(jìn)行防滲處理后，下游壩腳滲漏量明顯降低（見圖3）。

圖3 庫水位及壩后滲漏量變化曲線圖

3.2 壩肩繞壩滲漏

落馬塢山塘是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧供水的屋頂山塘。山塘自建成后，大壩壩腳一直存在滲漏問題， 并隨著庫水位升高，滲漏量加大。采用并行電法技術(shù)對該山塘進(jìn)行滲漏隱患探測，為大壩滲漏的精細(xì)化探測提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[3]。

圖4為大壩縱向視電阻率斷面圖。從圖4中可以得出，視電阻率整體上相對較低，更低阻區(qū)位于大壩左岸，從形態(tài)上顯示出低阻區(qū)向左岸山體延展，低阻中心在測線范圍以外，對比隱患識別標(biāo)準(zhǔn)，引起大壩滲漏的主要原因與左岸山體的破碎有關(guān)，造成大壩存在繞滲的現(xiàn)象，為下一步處理方案的設(shè)計提供指導(dǎo)。

圖4 大壩縱向視電阻率斷面圖

3.3 壩體和壩肩繞壩的組合滲漏

蘭溪市塢里塘山塘左、右岸壩腳多年都存在滲漏現(xiàn)象，并且滲漏量隨著庫水位增加不斷地增大，由于滲漏部位及原因不明確，雖進(jìn)行除險加固處理，但滲漏現(xiàn)象仍存在。為查找隱患，采用并行電法技術(shù)對大壩進(jìn)行隱患探測。從大壩壩頂視電阻率圖像（見圖5）上可以看出，低阻區(qū)有2部分構(gòu)成，尤其以河床段最為突出。針對壩體和繞壩滲漏隱患，采用水泥黏土充填灌漿和帷幕灌漿的工藝對大壩壩體和山體進(jìn)行防滲處理。圖6為壩腳處理前后滲漏總量對比圖，從圖6中可以得出，大壩在處理前后滲漏總量明顯降低，從而驗證了技術(shù)探測的準(zhǔn)確性。

圖5 大壩并行電法探測結(jié)果圖

圖6 壩腳處理前后滲漏總量對比圖

3.4 涵管滲漏

富陽裘家塢水庫在采用黏土斜墻防滲，并對兩岸齒槽帷幕灌漿處理完成后，待水庫蓄水過程中，再次發(fā)生滲漏現(xiàn)象[4]。

為了分析滲漏原因，在大壩壩頂測線剖面上未見明顯低阻異常區(qū)的情況下，在背水坡增加2道電法測試。圖7為不同高程的電性斷面圖，可有效的追索出異常區(qū)的空間位置分布，圖7a為剖面圖，圖7b、c為異常區(qū)示意圖，結(jié)合放水涵管的位置與高程，推測背水坡部位涵管可能出現(xiàn)破損，從而導(dǎo)致下游壩腳出現(xiàn)滲漏，而壩頂測線未見明顯滲流薄弱區(qū)。

圖7 不同高程的電性斷面圖

圖8為背水坡涵管出口段開挖圖，在關(guān)閉起閉機(jī)時，現(xiàn)場開挖過程中有明顯水流大量涌出，從而驗證探測成果的正確性。

圖8 涵管出口段開挖圖

4 討論與建議

水庫堤防滲漏并行電法探測技術(shù)作為一種新型無損化、高效的測試手段，歷經(jīng)技術(shù)的引進(jìn)、吸收、轉(zhuǎn)化以及創(chuàng)新等階段，集儀器設(shè)備、解譯技術(shù)以及探測隊伍形成一套適用于水庫、山塘、堤防滲漏診斷的“?？漆t(yī)院”。在得到省水利推廣中心大力支持下，在浙江省內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，并取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會口碑。

浙江省有水庫4300多座，山塘2萬余座，土石體結(jié)構(gòu)的堤防、海塘也分布廣泛，水庫大壩隱患特征復(fù)雜，探測需求高，把技術(shù)更好地服務(wù)于堤壩滲漏隱患探測中去，讓技術(shù)更好地發(fā)揮示范作用，成為技術(shù)團(tuán)隊不得不考慮的問題。

（1）利用大壩縱橫向上電阻率的差異可以有效識別滲流相對薄弱區(qū)，但由于老壩修建時間久遠(yuǎn)、缺乏詳細(xì)地質(zhì)資料，尤其小型水庫、山塘基本上無運行期監(jiān)測資料，加之后期多次對大壩修復(fù)處理，易造成大壩存在非滲漏型異常，給滲漏隱患帶來嚴(yán)重的干擾，甚至出現(xiàn)誤判、錯判的現(xiàn)象。為有效提高探測的準(zhǔn)確度，對于多次加固的水庫應(yīng)充分了解大壩除險加固歷史的基礎(chǔ)，更加注重對未曾除險加固的水庫大壩在安全鑒定或防滲施工之前開展探測工作，同時推進(jìn)對除險加固效果的評價。

（2）目前，技術(shù)示范項目主要應(yīng)用于可見滲漏現(xiàn)象或除險加固后的病患水庫，這種模式屬于事后應(yīng)急的被動行為，而大壩滲漏隱患的突發(fā)都建立在巖土體不斷動態(tài)演化的基礎(chǔ)之上，僅依靠管理人員常規(guī)的檢查顯然不能掌握大壩內(nèi)部的性態(tài)，建議把并行電法技術(shù)應(yīng)用于水庫大壩的常態(tài)化監(jiān)測工作中去。

（3）水庫滲漏探測不是最終的結(jié)果，針對探測的成果采取合理的防滲手段進(jìn)而解決大壩的滲漏問題才是關(guān)鍵。然而，在工程實踐中查漏與堵漏并未有有機(jī)結(jié)合起來，導(dǎo)致鎖定的隱患區(qū)并不能處理好，而施工過程的資料也不能及時準(zhǔn)確地反饋，因此，團(tuán)隊提出水庫堤防滲漏并行電法探測及定向處理技術(shù)。

（4）鑒于水庫大壩滲漏調(diào)查屬于政府投資性公益活動，短期內(nèi)很難產(chǎn)生明顯效益，目前示范應(yīng)用經(jīng)費主要來源于推廣專項投資，加之地方水庫管理部門對技術(shù)必要性重視程度不夠，在探測經(jīng)費投入和政策扶持方面存在嚴(yán)重不足，導(dǎo)致探測技術(shù)在進(jìn)一步擴(kuò)大推廣方面缺乏可持續(xù)的資金保障。

5 結(jié) 語

水庫堤防滲漏并行電法探測技術(shù)在推廣應(yīng)用中有效對滲漏薄弱區(qū)進(jìn)行鎖定，并總結(jié)不同滲漏部位表現(xiàn)出的電阻率特征，為后期的防滲處理提供可靠的技術(shù)保障。因此，應(yīng)進(jìn)一步支持技術(shù)更加深入、更大力度的推廣應(yīng)用。