朱士彬 張誦彥

（1.安徽省·水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院 合肥 230000 2.淮河水利水電開(kāi)發(fā)有限公司 合肥 233000）

水庫(kù)壩基滲漏是對(duì)壩體本身的一種危害，經(jīng)長(zhǎng)期的滲漏，可能發(fā)生管涌現(xiàn)象，甚至可能引起潰壩等嚴(yán)重后果，庫(kù)水流失還減少發(fā)電等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，所以查明壩基滲漏入水點(diǎn)、漏水通道對(duì)水庫(kù)加固方式都具有重要意義。目前針對(duì)水庫(kù)滲漏的物探檢測(cè)方法主要有聲納法、高密度電法、溫度場(chǎng)檢測(cè)法、偽隨機(jī)流場(chǎng)法等。研究結(jié)果表明，當(dāng)壩外有明顯滲漏出水口時(shí),偽隨機(jī)流場(chǎng)法可以精確圈定壩內(nèi)滲漏入水口。近年來(lái)快速發(fā)展的水域地球物理勘探技術(shù)以電磁波法、電阻率法和地震波法為主，這類方法成為獲取水下目標(biāo)體信息的重要手段。本文介紹了綜合使用高密度水域地震映像、偽隨機(jī)流場(chǎng)、探地雷達(dá)三種方法調(diào)查某混凝土重力壩滲漏通道的應(yīng)用實(shí)例，對(duì)滲漏通道、滲漏原因進(jìn)行推斷分析，為該水庫(kù)滲漏加固提供了可靠依據(jù)。實(shí)踐證明，采用多種物探方法并結(jié)合工程水文資料查明滲漏通道，具有準(zhǔn)確、快速、便捷、安全的特點(diǎn),對(duì)于其他類似工程問(wèn)題有一定借鑒意義。

1 工程概況

水庫(kù)大壩為C10 小石混凝土砌石重力壩，壩長(zhǎng)424.0m，壩體內(nèi)設(shè)混凝土心墻防滲，大壩上游壩面為直立式，上、下游壩面均為M7.5 漿砌塊石鑲面。壩體內(nèi)部分別在高程49.5m 和30.0m 設(shè)排水廊道。2020年9月，發(fā)現(xiàn)從右側(cè)廊道臺(tái)階高程65.0m 左右開(kāi)始漏水，至高程57.0m 處漏水激增，高程49.5m處水平廊道內(nèi)出現(xiàn)多處漏水，廊道內(nèi)多處出現(xiàn)乳白色析出物及射流情況，水量很大，射流嚴(yán)重處主要在廊道下游側(cè)及拱頂；左壩段壩腳已形成較大的積水坑，右壩段壩坡可見(jiàn)成股的明流。

2 工程地質(zhì)特征

壩址區(qū)地層以花崗巖為主，通過(guò)壩址區(qū)的斷層有F1斷層帶、F2斷層帶及F4斷層帶。F1斷層帶在中壩區(qū)右側(cè)順河方向縱貫庫(kù)區(qū)，走向0°左右，傾角近于直立，寬約20.0m，連同其影響帶寬約40.0m主要表現(xiàn)為節(jié)理密集帶；F2斷層帶在右壩區(qū)，走向NE55°，傾角近于直立，斜交壩軸線,寬16.0m，是由相同走向的兩條斷層組成，已被寬度分別為8.0m和3.0m 的煌斑巖充填，兩巖相距5.0m，中夾一寬0.3m的細(xì)?；◢弾r巖脈。此斷層較寬大，先后為三次巖脈侵入，斷層帶內(nèi)煌斑巖及花崗巖皆呈風(fēng)化狀；F4斷層位于左壩區(qū)，走向NE20°，傾角直立，寬約1.5m，連同其影響帶寬5.0m，斷層內(nèi)有煌斑巖充填，表層風(fēng)化強(qiáng)烈，多呈高嶺土。

3 探測(cè)方法

3.1 滲漏水入口位置探測(cè)

偽隨機(jī)流場(chǎng)法是中國(guó)工程院何繼善院士提出的找滲漏管涌入水口的特殊電法類新方法，用恒定電流場(chǎng)來(lái)擬合微弱變化的水流場(chǎng)，通過(guò)測(cè)量電流場(chǎng)空間分布來(lái)確定滲漏水流場(chǎng)。采用偽隨機(jī)流場(chǎng)法具有測(cè)量速度快、高分辨率和強(qiáng)抗干擾能力的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，利用RTK 進(jìn)行精確平面定位，快速圈定滲漏異常區(qū)域。

3.2 庫(kù)區(qū)水下壩基地質(zhì)分布探測(cè)

庫(kù)區(qū)地質(zhì)主要為水-淤泥-基巖，水和淤泥的波速及密度比較低，而基巖的波速及密度比較高，相差在2.0～3.0 倍之間，在地震剖面上形成強(qiáng)反射界面，便于地層識(shí)別追蹤。地震繞射波攜帶了大量的地下突變點(diǎn)（斷層、溶洞、斷裂系統(tǒng)等）有關(guān)的信息。繞射成像能夠檢測(cè)小尺度斷裂信息，最小尺度達(dá)5～10m。有利于3 個(gè)斷層位置探測(cè)。

高密度水域地震探測(cè)的測(cè)線是按照平行大壩軸線方向進(jìn)行布置，采用一種新型的“輕型氣壓式淺水域全自動(dòng)觸發(fā)器”震源設(shè)備。

3.3 壩體背水面坡腳滲漏通道探測(cè)

壩體內(nèi)滲漏通道內(nèi)富含水，水的介電常數(shù)與周圍的堆石體存在顯著的差異，因此采用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)比較簡(jiǎn)單快捷。富水帶的地質(zhì)雷達(dá)圖像表現(xiàn)為：反射波強(qiáng)烈、低頻富集、同相軸連續(xù)性相對(duì)較好。

3.4 綜合分析

基于偽隨機(jī)流場(chǎng)法、探地雷達(dá)法及高密度地震影像法探測(cè)成果，結(jié)合已知廊道滲漏情況，綜合分析判斷廊道滲漏水入口、滲漏通道及滲漏水出口空間位置及其連通關(guān)系。

4 探測(cè)結(jié)果

4.1 偽隨機(jī)流場(chǎng)法探測(cè)結(jié)果

通過(guò)處理后的壩體迎水面?zhèn)坞S機(jī)流法電流密度剖面圖（見(jiàn)圖1）分析結(jié)果如下：

圖1 壩體迎水面?zhèn)坞S機(jī)流場(chǎng)法的電流密度剖面及解釋成果圖

（1）就整體而言，壩體迎水面?zhèn)坞S機(jī)流場(chǎng)法的電流密度剖面中異常區(qū)域位于右壩端，分布范圍位于0+283～0+383 之間，最大異常值可達(dá)0.8A/m2。這個(gè)結(jié)果與F1和F2斷層所處的位置以及壩體實(shí)際滲漏部位吻合。

（2）在壩體迎水面的電流密度異常區(qū)域，可以分為三個(gè)部分進(jìn)行分析：圖中壩體與基巖接觸部位附近的閉合黑線所圈的異常部位，可能是壩基滲漏有關(guān)，最大異常值達(dá)0.6A/m2以上；圖中左向箭頭和右向箭頭所指的兩個(gè)閉合圓圈異常，分別為59.5m 廊道和49.5m廊道處的金屬放水管道引起的電流密度值異常，如果該兩處放水管道與壩體之間存在漏水的縫隙，縫隙漏水引起的電流密度值異常將會(huì)疊加在金屬放水管道引起的電流密度值異常之上，很難剝離；圖中左下箭頭所指閉合橢圓圈異常，可能是壩體防滲墻滲漏引起的。

（3）通過(guò)處理后的庫(kù)底偽隨機(jī)流法電流密度剖面圖（見(jiàn)圖2）分析結(jié)果如下：庫(kù)底偽隨機(jī)流場(chǎng)法的電流密度剖面異常區(qū)域與壩體迎水面的異常相吻合，位于庫(kù)區(qū)右側(cè)。圖中靠近壩體部位的異常值高于遠(yuǎn)離壩體部位的異常值，推測(cè)靠近壩體部位的異常為壩基集中滲漏，庫(kù)底滲漏區(qū)域與壩體迎水面的壩基滲漏異常相吻合；遠(yuǎn)離壩體部位的庫(kù)底異常區(qū)域的電流密度值不大，僅為0.2A/m2左右，可能為散浸滲漏或者與庫(kù)底基巖的非均質(zhì)有關(guān)。

圖2 庫(kù)底偽隨機(jī)流場(chǎng)法的電流密度剖面及解釋成果圖

4.2 高密度水域地震資料解釋

通過(guò)處理后的高密度水域地震剖面圖（見(jiàn)圖3），結(jié)合勘察資料可以對(duì)庫(kù)區(qū)內(nèi)地層分布、斷層發(fā)育情況進(jìn)行分析。具體分析結(jié)果如下：

圖3 高密度水域地震剖面及其解釋成果圖

（1）庫(kù)區(qū)基巖面分布非常清晰，這主要得益于水和淤泥的波速及密度比較低，而基巖的波速及密度比較高，在地震剖面上形成強(qiáng)反射界面，便于地層識(shí)別追蹤。

（2）水庫(kù)水位最深處（位于0+243～0+323），水深對(duì)應(yīng)地震剖面中時(shí)間約50.0ms，按照水的波速為1500m/s 計(jì)數(shù)，水深約37.5m。

（3）水庫(kù)水位最深處（位于0+263），淤泥層底界在地震剖面中時(shí)間約60.0ms，按照淤泥的波速為700～1000m/s 計(jì)數(shù)，淤泥層的厚度約為3.5～5.0m。

（4）由于庫(kù)區(qū)發(fā)育的3 個(gè)斷層傾角近乎垂直，只能通過(guò)地震剖面中繞射波的存在來(lái)判斷斷層的具體位置?？梢悦黠@看出，F(xiàn)1斷層位于0+323～0+348 之間，F(xiàn)2斷層位于0+373～0+383 之間，F(xiàn)4 斷層在0+88 附近。

4.3 探地雷達(dá)資料解釋

通過(guò)處理后的探地雷達(dá)響應(yīng)剖面（見(jiàn)圖4 和圖5）分析結(jié)果如下：

圖5 雷達(dá)響應(yīng)剖面圖（49.5m 廊道背水側(cè)墻體）

（1）從壩體背水側(cè)向內(nèi)1.0m 可以看到斷斷續(xù)續(xù)的雷達(dá)波同相軸，為砌石層；從砌石層向內(nèi)沒(méi)有明顯的雷達(dá)波同相軸，為小石混凝土層，這些都與大壩橫斷面的介質(zhì)相吻合。

（2）圖4 中0.0～1.0m、2.0～4.5m 范圍內(nèi)探地雷達(dá)響應(yīng)特征為雷達(dá)波同相軸明顯增強(qiáng)、同相軸連續(xù)性較差，為滲水區(qū)域雷達(dá)響應(yīng)特征。

（3）圖5 中，同樣可以看到1.0m 后的砌石層、小石混凝土層。此外，在廊道背水側(cè)墻體砌石層向內(nèi)有一層約2.4m 厚的滲水區(qū)域出現(xiàn)在小石混凝土層內(nèi)部，這一層富水區(qū)域橫向連續(xù)性非常好。

5 結(jié)論

綜合三種地球物理探測(cè)方法，查明了滲漏入口，推斷出了滲漏通道，具體如下：

（1）與斷裂帶有關(guān)的基巖滲漏通道：偽隨機(jī)流場(chǎng)法響應(yīng)特征在樁號(hào)0+310～0+350 范圍內(nèi)壩基部位出現(xiàn)異常值，該異常區(qū)域與對(duì)應(yīng)位置處F1斷層在高密度水域地震剖面中的響應(yīng)特征吻合，推斷該處存在壩基滲漏。在該處進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，結(jié)果顯示，壓水試驗(yàn)表現(xiàn)為強(qiáng)透水層，揭露到裂隙發(fā)育帶。

（2）與壩體防滲墻有關(guān)的滲漏通道：偽隨機(jī)流場(chǎng)法響應(yīng)特征在0+340、高程51.5m 處出現(xiàn)異常值，該異常值及探地雷達(dá)相應(yīng)部位滲水區(qū)響應(yīng)特征與現(xiàn)場(chǎng)射流位置相吻合，推測(cè)該處壩體存在滲漏。

（3）與強(qiáng)風(fēng)化巖體有關(guān)的基巖滲漏通道：高密度水域地震剖面顯示，樁號(hào)0+235 附近存在深厚強(qiáng)風(fēng)化層，但偽隨機(jī)流場(chǎng)法在該部位沒(méi)有明顯異常，推測(cè)可能與上覆淤泥層有關(guān)。如果后期水庫(kù)清淤，致使強(qiáng)風(fēng)化巖體與壩體底部直接接觸，可能發(fā)生滲漏■