蔣甫偉，王 淼，丁 浩，章思亮

（山東省水利勘測設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250000）

我國水庫大部分建于上世紀(jì)五六十年代，受建庫時的主客觀條件限制，已建成水庫存在問題較多，其中以大壩滲漏問題較為突出。為了確保水庫工程的安全運(yùn)行，需要準(zhǔn)確找到大壩滲漏位置并及時加以處理。傳統(tǒng)的檢測方式主要以現(xiàn)場觀測結(jié)合相關(guān)鉆孔資料進(jìn)行分析，或采用單一物探方法進(jìn)行探測，具有一定的限制性，難以系統(tǒng)地掌握大壩滲漏情況。綜合物探法是運(yùn)用最新電子信息技術(shù)進(jìn)行探測的方法，是最佳方法或手段的優(yōu)化組合。本文以山東省青楊堡水庫大壩滲漏工程為例，對綜合物探方法在大壩滲漏探測中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 綜合物探方法

綜合物探方法是運(yùn)用最新電子信息技術(shù)進(jìn)行探測的方法，它不僅是不同方法的綜合，也是同種方法不同勘察方式的綜合，是最佳方法或手段的優(yōu)化組合。

綜合物探方法主要是依據(jù)不同巖層的物理特性，運(yùn)用先進(jìn)的電子儀器設(shè)備對地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測，并依據(jù)儀器設(shè)備收集的信息，對地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)體現(xiàn)不同的物理特性，依據(jù)反饋的圖像和數(shù)據(jù)對地質(zhì)結(jié)構(gòu)做定量分析，可準(zhǔn)確對所需數(shù)據(jù)做出判斷[1～2]。

大壩滲漏的探測方法有很多，其中以綜合物探方法最為常用：（1）運(yùn)用綜合物探方法細(xì)致檢查水庫大壩的實(shí)際情況，對于存在異常的范圍進(jìn)行加密測試和分析，標(biāo)記產(chǎn)生滲漏的位置；（2）在大壩滲漏探測中應(yīng)用綜合物探方法，明確具體的滲漏種類、通道深度等情況；（3）檢測出大壩的異常區(qū)域后，觀察、明確具體的滲漏通道，并對滲流的速度加以準(zhǔn)確計(jì)算，并依據(jù)滲漏水量分析產(chǎn)生滲漏的規(guī)模。

1.1 高密度電法勘探

高密度電法是將電測深技術(shù)與聯(lián)合剖面技術(shù)相結(jié)合的一種方法，是以巖土體的電性差異為基礎(chǔ)的一種電探方法,根據(jù)在施加電場作用下地中傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律,推斷地下具有不同電阻率的地質(zhì)體的賦存情況[3]。

檢測系統(tǒng)經(jīng)過A、B電極朝地下進(jìn)行電流供應(yīng)，電流為I，并對M和N極電位差ΔU加以測定，獲取記錄點(diǎn)相應(yīng)的視電阻率數(shù)值。

式中：ρs為視電阻率，即阻體具有排斥電流的能力；ΔUMN為MN間的電位差；I為供應(yīng)電流。

式中相關(guān)幾何因素K僅和野外有關(guān)的幾何排列密切關(guān)聯(lián)，在運(yùn)用相關(guān)四極設(shè)備對巖石的電阻率進(jìn)行測定時（圖1），O代表電源A、B與電源M、N的中心，a=OA=OB=AB/2,b=OM=ON=MN/2，由此得出K=π（a2-b2）/（2b）。

圖1 四極測深圖

在壩體均勻情況下，其淺表位置較為干燥、密實(shí)，下端的水分逐漸增多，導(dǎo)致相應(yīng)視電阻率的等值線呈層狀分布狀態(tài)，由地表朝下不斷下降。若壩體存在不均勻裂縫、土體以及滲漏通道等情況，相應(yīng)視電阻率等值線則表現(xiàn)出明顯的梯度變化，成層性不明顯，進(jìn)而產(chǎn)生較高或較低電阻異常閉合圈的現(xiàn)象。因此，分析具體測定的視電阻率剖面，可以掌握地層內(nèi)的電阻率分布狀況，以便明確滲漏問題的具體位置及性質(zhì)等信息。

1.2 地質(zhì)雷達(dá)探測

地質(zhì)雷達(dá)探測主要是運(yùn)用高頻電磁波的寬頻帶短脈沖方式，從地面經(jīng)過天線T延伸到地下，待到達(dá)探測目標(biāo)之后再返回到地面，被另一個天線R接收，見圖2。在相關(guān)電磁波處于介質(zhì)內(nèi)進(jìn)行傳播時，無論是波形、還是強(qiáng)度，均會受所經(jīng)過介質(zhì)電性與幾何形態(tài)的影響而出現(xiàn)變化。因此，所接收波的旅行時間、波形信息、幅度等情況可作為分析介質(zhì)具體構(gòu)造的參考[4]。

圖2 地質(zhì)雷達(dá)的運(yùn)作機(jī)制

2 綜合物探方法在青楊堡水庫大壩滲漏工程中的應(yīng)用

山東省青楊堡水庫大壩滲漏工程水庫平面圖以及剖面圖見圖3、圖4，壩軸線長170.6 m，最大壩高17 m。水庫大壩壩頂高程161.11 m～162.55 m，心墻頂高程159.04 m～161.21 m，設(shè)計(jì)蓄水高程為160.04 m。上游坡為干砌塊石護(hù)坡，背水坡雜草護(hù)坡；壩后為貼坡排水體，壩后無排水溝。庫區(qū)兩岸丘陵相對較高，形成地表水和地下水的天然分水嶺，地下水分水嶺高于水庫正常蓄水位，且分水嶺山體組成巖性多為透水性較差的花崗巖類，庫內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有連通水庫與相鄰溝谷的導(dǎo)水?dāng)嗔?，因此，不會產(chǎn)生水庫向鄰谷滲漏的問題。由于心墻以上大壩壩頂土為風(fēng)化巖碎屑填筑，結(jié)構(gòu)疏松，顆粒大小懸殊，壩頂土與上下游壩殼砂料相連通，形成滲水通道，產(chǎn)生滲透破壞。對此，運(yùn)用物探法，采取深淺搭配的方式可提高探測數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)度，確保信息的完整性，具有很大的實(shí)踐價值。

圖3 青楊堡水庫平面圖

圖4 青楊堡水庫剖面圖

3 物探結(jié)果分析

2017年山東省水利勘測設(shè)計(jì)院專家團(tuán)隊(duì)選擇在青楊堡庫壩區(qū)丘陵和河谷地段進(jìn)行試驗(yàn)，主要設(shè)備及方法為：（1）DUK-3A型高密度電法測定控制系統(tǒng)在壩區(qū)丘陵或者河谷地段選點(diǎn)，點(diǎn)距為4 m，相應(yīng)電極數(shù)量35～50個，供電電壓50 V；（2）LTD-2100型地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)，相應(yīng)天線主頻120 MHz，采用連續(xù)掃描與點(diǎn)測的方式，采樣點(diǎn)數(shù)1028～2046個，采樣速率15次掃描/秒，點(diǎn)測時測點(diǎn)距為0.4 m/點(diǎn)，相應(yīng)采樣長度755 ns[5]。測線布置方法見表1，布置圖見圖5。

表1 測線的具體布置方法

圖5 平面布置圖

本次探測電法測線位于研究區(qū)35 m～83 m范圍內(nèi)，埋深11 m～25 m、85 m～120 m、9 m～40 m 處相應(yīng)視電阻率介于11 Ω·m～42 Ω·m之間，屬于低阻區(qū)域，是壩體中最容易出現(xiàn)滲漏的位置；埋深68 m～72 m、14 m～22 m、99 m～120 m、9 m～22 m位置，有2處封閉低阻極值區(qū)域，是大壩地下主要的滲漏通道位置。圖6為剖面3-3′的電位變化圖，橫坐標(biāo)為測線點(diǎn)樁號，縱坐標(biāo)為自然電位。

圖6 剖面3-3′電位變化曲線圖

由圖6可知，剖面自然電位值有先增大后減小的趨勢。3-3′剖面65 m～175 m段有高電位異常表現(xiàn)，且浮動較大。表明青楊堡庫壩區(qū)丘陵對面地下水位遠(yuǎn)高于庫水位。滲流層存在較大的壓差，能夠形成較強(qiáng)的自然電場，可以排除繞壩滲漏的可能性。

剖面1-1′電位電流密度值的高低和分布情況顯示壩后存在滲流現(xiàn)象。壩基下伏基巖呈全風(fēng)化中等風(fēng)化狀，巖芯呈粗砂、碎塊狀，風(fēng)化巖RQD（巖石質(zhì)量指標(biāo)）=0，漏水嚴(yán)重，漏水量約50 L/min。根據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)，與壩基接觸的全強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長斑巖的透水率為21.62 Lu，中等透水性，壩基下全強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長斑巖存在滲漏問題。壩體壤土與基巖接觸處，在滲透壓力作用下，土顆粒可能被滲流帶走，存在接觸沖刷的可能，對大壩運(yùn)行帶來安全隱患。建議對全、強(qiáng)風(fēng)化巖采取防滲措施，處理深度以進(jìn)入中風(fēng)化巖為宜。

剖面2-2′電位電流密度值的高低和分布情況表明深度5.0 m～14.0 m范圍內(nèi)視電阻率偏低，推測此處壩體含水量較高，可能存在滲漏問題。建議在壩體進(jìn)行高壓旋噴灌漿，以及時消除隱患。

4 結(jié)語

文中青楊堡水庫大壩滲漏工程通過采用高密度電法和地質(zhì)雷達(dá)探測法的結(jié)合，準(zhǔn)確地探測出了工程大壩滲流層存在較大壓差、壩體含水量較高、壩后存在滲漏等問題，并對此提出了系列相關(guān)防滲措施，及時避免了大壩在后期運(yùn)行中出現(xiàn)潰壩的風(fēng)險。綜合文中青楊堡水庫大壩滲漏處理案例可以發(fā)現(xiàn)，綜合物探法在工程勘察時合理組合不同的物探方法，結(jié)合其優(yōu)點(diǎn)，能夠順利應(yīng)對大范圍內(nèi)的勘查工作，大大提高了工程勘察的工作質(zhì)量和勘察效率，降低了工程的勘察成本，對推動我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)有著明顯優(yōu)勢。