葉立龍，徐洪苗，胡俊杰

(1.歙縣水利局, 安徽 黃山 245200；2.安徽工程勘察院，安徽 合肥 230011)

1 引 言

土壩滲漏是危及水庫大壩安全的重大隱患?？焖?、準(zhǔn)確排查出壩體滲漏通道的分布，是排除大壩險情進(jìn)一步惡化的有效措施。

近年來，隨著物探技術(shù)的發(fā)展，物探方法及物探儀器設(shè)備精度均得到大幅度提高，物探方法以無損、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于大壩滲漏檢測領(lǐng)域[1]。肖長安[2]利用自然電場法、偽隨機(jī)流場擬合法進(jìn)行組合，使物性參數(shù)多樣化，從不同的參數(shù)角度來表現(xiàn)出滲漏通道，取得了較好的探測效果；鄭立霖等[3]利用探地雷達(dá)法探測10 m深度范圍內(nèi)的滲漏通道，建立滲漏通道在雷達(dá)圖形上的異常特征，并結(jié)合平行剖面觀測方式，追蹤滲流通道的走向；鄭燦堂等[4]將充電法和高密度電阻率法相結(jié)合，來確定滲漏帶的平面分布及空間形態(tài)，給鉆孔勘探和滲流計算提供了指導(dǎo)意見。綜上所述，綜合物探方法以多種物性特征為基礎(chǔ)，相互驗(yàn)證，大大提高了探測結(jié)果的準(zhǔn)確性[5-7]。

2 綜合物探方法

2.1 直流充電法

充電法是指在鉆井、坑道等人工揭露或天然露頭的良導(dǎo)體上接一供電電極(A)，并將另一供電電極(B)置于離充電體很遠(yuǎn)的地方(無窮遠(yuǎn)極)，通過對充電體進(jìn)行充電[8,9],進(jìn)而查明充電體的空間分布形態(tài)、產(chǎn)狀及延伸的一種電法勘探方法。

2.2 探地雷達(dá)

探地雷達(dá)法(GPR)是利用高頻、超高頻電磁波以短脈沖形式由發(fā)射天線傳入地下介質(zhì)，經(jīng)目標(biāo)物或地層反射后返回地面，被接收天線接收反射信號，探測目標(biāo)體空間位置和分布的一種非破壞性物探方法[7,10]。其實(shí)際是利用目標(biāo)體及周圍介質(zhì)的電磁波的反射特性差異，對目標(biāo)體內(nèi)部的構(gòu)造和缺陷進(jìn)行探測。

3 探測實(shí)例及分析

3.1 工程概況

安徽皖南山區(qū)某水庫興建于20世紀(jì)70年代，集水面積為1.85 km2，大壩為土壩，在背水坡底部出現(xiàn)滲漏，滲漏出水量約2.0 m3/h。為查明滲漏通道的平面分布，采用物探方法進(jìn)行探測。根據(jù)現(xiàn)場情況，發(fā)現(xiàn)壩體下游區(qū)域有明顯的滲漏出水口(充電露頭)，為進(jìn)行直流充電法提供了前提；根據(jù)壩基施工資料，壩基壤土中夾雜塊狀碎石，推測滲漏原因?yàn)閴位劳林袎K碎石夯實(shí)充填不均，局部存在裂隙，形成滲漏通道。因此對探測分辨率要求較高，對比目前各種物探方法，探地雷達(dá)是目前分辨率最高的方法之一，綜合各種因素，選用直流充電法及探地雷達(dá)兩種方法對大壩進(jìn)行探測。

表1 常見介質(zhì)物理參數(shù)

3.2 大壩相關(guān)的物性特征

表1為本次大壩探測中常見介質(zhì)的物性參數(shù)。由表1可見，壩體組成部分與空氣、水存在明顯的物性差異，并且隨著含水量的不同，黏土、泥砂的物性有較大的變化，這為本次利用綜合物探方法探測壩體滲漏隱患提供了地球物理基礎(chǔ)。

3.3 物探綜合剖面布設(shè)

結(jié)合大壩走向及測區(qū)地質(zhì)背景特征，采用充電法布置剖面8條，水庫放水前布置剖面為L1、L4、L5、L6、L7、L8、L9及L10線；水庫放水后，布置測量剖面為加L0、加L1及加L2線，點(diǎn)距0.2 m，剖面總長340 m；采用探地雷達(dá)布置剖面6條，水庫放水前布置剖面為L1、L2、L4、L7線，L1、L2線分別使用250 MHz及100 MHz天線進(jìn)行測量，L4、L7線使用100 MHz天線進(jìn)行測量；水庫放水后，布置剖面為加L2、加L3線，測量點(diǎn)距0.1 m，剖面總長198.3 m。物探工作布置示意圖見圖1。

圖1 物探工作布置示意圖Fig.1 Sketch map of geophysical prospection layout

3.4 物探方法技術(shù)參數(shù)設(shè)置

本次直流充電法采用電位梯度法觀測，測量數(shù)據(jù)經(jīng)歸一化處理，測量點(diǎn)距0.5 m，充電無窮遠(yuǎn)極(∞)選擇在測區(qū)自然電場平穩(wěn)的背景地段，且距測區(qū)中心的距離不小于測區(qū)對角線的兩倍。探地雷達(dá)采用250 MHz、100 MHz屏蔽天線，采樣間距0.1 m，自動疊加64次，距離觸發(fā)探測方式。

3.5 物探異常及特征解釋

以典型剖面L2線為例，進(jìn)行綜合物探方法解釋。

3.5.1 直流充電法異常解釋

根據(jù)加L2線充電法歸一化電位梯度剖面曲線(圖2a)，電位梯度值呈正、負(fù)反對稱分布；在115～124號點(diǎn)為負(fù)值反映，最大幅值為-12.5 mV/A·m，在125～130號點(diǎn)呈正值反映，最大幅值為11.6 mV/A·m，零值點(diǎn)異常位于124.5號點(diǎn)，解譯為滲漏通道中心在地面的反映。

3.5.2 探地雷達(dá)異常解釋

根據(jù)加L2線探地雷達(dá)剖面圖(圖2b)，高程182～176 m范圍內(nèi)雷達(dá)反射信號強(qiáng)烈，幅值較高，繞射波相互疊加形成一定區(qū)域，解譯為壩基壤土夾碎石的反映。在高程176 m以下，雷達(dá)信號幅值較弱，解釋推測為元古界環(huán)沙組砂質(zhì)千枚巖強(qiáng)～中風(fēng)化的反映。在剖面的129～132號點(diǎn)，雷達(dá)反射信號強(qiáng)烈，幅值較高，繞射波相互疊加形成一定區(qū)域，解釋推測為壩基與基巖接觸帶附近基巖破碎、裂隙發(fā)育的反映。在123.5～125號點(diǎn)，高程179～175 m，雷達(dá)反射信號幅值較弱，呈空腔狀形態(tài)，解釋推測為滲漏通道或脫空區(qū)的反映。

圖2 L2線綜合剖面Fig.2 The comprehensive cross-sectional view of line L2

3.6 物探異常平面分布特征及解釋推斷

根據(jù)充電法歸一化電位梯度剖面平面圖(圖3)及平面等值線圖(圖4)，11條電位梯度值均呈正、負(fù)反對稱分布，并且隨著各剖面距離充電點(diǎn)的垂距增大，各剖面電位梯度曲線的正、負(fù)幅值依次減小，剖面的零值點(diǎn)為充電體頂部中心，解譯為滲漏帶在地面的反映。各剖面的電位梯度零值點(diǎn)具體分布在：加L0線零值點(diǎn)反映在剖面的120～122.5號點(diǎn)，加L1線反映在121、124.5號點(diǎn)，L3線零值點(diǎn)反映在剖面的123～123.5號點(diǎn)，L4線反映在120、123～125、128.5號點(diǎn)，L5線反映在126.5、130.5號點(diǎn)，L6線反映在131～131.5號點(diǎn)，L7線反映在137號點(diǎn)，L8線反映在132～133號點(diǎn)，L9線反映在131.5～132號點(diǎn)，L10線反映在133～133.5號點(diǎn)。各剖面電位梯度零值點(diǎn)與充點(diǎn)電呈帶狀分布，解譯為滲漏帶在地面的反映，走向?yàn)楸睎|向，滲漏帶寬度1～4 m。

圖3 充電法歸一化電位梯度剖面平面Fig.3 The normalized potential gradient profile plane by charging method

圖4 充電法歸一化電位梯度平面等值線Fig.4 Normalized potential gradient plane contour map by charging method

4 結(jié) 論

1)探地雷達(dá)對壩基中壤土夾碎石與下伏基巖的分界面反映清晰，能夠清楚地反映出壩基壤土夾碎石由于夯實(shí)充填不均，局部形成疏松區(qū)，最終形成滲漏通道。

2)當(dāng)大壩存在明顯的滲漏出水點(diǎn)時，直流充電法具有較好的探測效果，能夠快速、準(zhǔn)確地確定滲漏通道。

3)在大壩滲漏檢測中，綜合物探方法作為無損探測，具有快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，同時相比較單一物探方法，可以大大降低物探的多解性，達(dá)到取長補(bǔ)短、相互補(bǔ)充的效果。