面板堆石壩滲漏入口位置探查實例

白廣明，劉守財，李 醒

（1．黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱150080；2．三洲田·銅鑼徑水庫管理處，廣東 深圳518118；3．黑龍江省水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督中心，黑龍江 哈爾濱150040）

面板堆石壩主要由壩身堆石和壩前混凝土面板構(gòu)成，混凝土面板起擋水防滲作用。一旦混凝土面板出現(xiàn)裂縫、破碎或面板間止水失效等問題，滲透水就會進入壩體，形成壩后滲漏。

消除壩體滲漏的方法是首先找到混凝土面板出現(xiàn)問題的區(qū)域，然后采取工程措施處理。由于入滲部位在水下，通常情況探查設(shè)備很難確定其所在位置。采用有效方法準確探查出防滲面板上的入滲部位是可靠消除面板堆石壩滲漏的關(guān)鍵。

筆者使用流場法堤壩滲漏探測設(shè)備成功探查出了堆石壩面板上的滲漏入口位置，本文結(jié)合探查實例介紹探查工作原理、設(shè)備及其工作過程。

1 工程概況

測試的面板堆石壩是一座中型水庫的攔河壩，該水庫總庫容0．8億m3，電站裝機2100kW。是以防洪、發(fā)電和城鎮(zhèn)供水為主，兼顧灌溉、改善環(huán)境等綜合利用的水利樞紐工程。

面板堆石壩的壩長279．00m，最大壩高27．00m，壩頂寬5．00m。上游坡面設(shè)混凝土防滲面板，坡面斷面呈折線形，從壩頂起始向下16m為鉛直坡面，以下坡面的坡比為1∶0．3。面板每隔7．5m設(shè)一橫向分縫。面板縫間設(shè)紫銅片止水。壩底設(shè)1．0m厚混凝土墊層，基礎(chǔ)采用固結(jié)灌漿加帷幕灌漿加固基巖和壩基垂直截滲。工程于2006年基本完成，同年7月正式下閘蓄水。壩斷面示意圖見圖1。

圖1 壩斷面圖（單位：長度mm）

工程完工后在大壩左壩段防滲面板上發(fā)現(xiàn)了10道豎向貫通裂縫，立即用SR柔性防滲材料對防滲面板出現(xiàn)的裂縫進行了處理。具體處理方法如下：首先在面板縫寬位置的混凝土上切一寬5cm、深5cm矩形槽，然后在槽內(nèi)間距30～50cm鉆孔，在槽內(nèi)埋設(shè)灌漿管后用快干水泥封閉矩形槽和灌漿管，從下到上向各灌漿管中灌注水溶性聚氨酯，灌注壓力控制在0．3～0．6MPa之間，維持0．5MPa壓力5min，等到所有灌漿孔都出漿時結(jié)束灌漿。然后用鑿子鑿掉封漿水泥及灌漿管，待矩形槽縫表面干燥無潮濕現(xiàn)象后，用角磨機在矩形槽四周打磨混凝土面，其打磨總的寬度為45cm寬，用毛刷刷去混凝土表面雜物至混凝土表面無凸凹后，再在打磨好的45cm寬混凝土表面上涂基液，鑲嵌柔性止水材料，再自上而下鋪貼三元乙丙橡膠，用不銹鋼膨脹螺栓擰緊固定，最后用環(huán)氧樹脂封閉蓋片兩側(cè)和螺栓。修補后外觀情況見圖2，圖中大壩前坡混凝土防滲面板上豎向黑色條帶即為裂縫修補處。

圖2 修補后的大壩混凝土防滲面板

壩后滲漏出水點靠近左壩段，在樁號0＋032m處，滲出水量不大。

2 探測原理

探測面板堆石壩滲漏是采用特殊電流場去擬合滲漏水流場的“流場法”原理進行的［1－2］。

2．1 基本概念

（1）基本場

在某一水域建立電場后，在正常沒有滲漏的情況下，電場的電流密度分布均勻，密度無相對集中現(xiàn)象［3］。此時的電流密度場稱之為基本場，檢測出的電流密度值稱之為正常值。對于不同的水域，基本場的電流密度分布特征會有所不同。如果建立電場的參數(shù)固定，水域供排水條件不變，在一個水域基本場中各部位的正常值數(shù)值偏差不大。

（2）異常場

異常場是相對正常場而言的，由于滲漏的存在，使得水域中電場的電流密度分布特征發(fā)生改變，水域中的入滲區(qū)域電流密度將變大［3］；即電場在基本場的基礎(chǔ)上，局部區(qū)域會出現(xiàn)高值反映，此時的電場稱之為異常場，該高值稱為異常值。異常值的幅值大小和分布范圍與滲漏入滲點的特征直接相關(guān)。

正常值與異常值的關(guān)系［4］見圖3。

圖3 正常值與異常值關(guān)系示意圖

2．2 入滲區(qū)域確定方法

有了正常值、異常值概念后，就容易通過模擬電場確定測試水域中的入滲區(qū)域了。在探測水域完成對模擬電場的電流密度的測試后，電場中異常值數(shù)據(jù)所在位置就是測試水域中的入滲區(qū)域，確定入滲區(qū)域方法如下。

確定正常值數(shù)值、異常值所在位置：將測試水域內(nèi)各測線上的電流密度測量結(jié)果值匯總，可以得到如圖4樣式的平面等值線圖?；緢鲈趫D面上表現(xiàn)為大范圍的低值區(qū)域，測試數(shù)據(jù)為正常值，變化范圍小，等值線分布較疏。異常場則具有電流密度測量值突變、幅值增大的特點，異常值發(fā)生在等值線相對較密位置。

圖4 電流密度測試結(jié)果平面圖樣式

測試區(qū)域中測得的電流密度成果數(shù)據(jù)假設(shè)多數(shù)在0～10范圍內(nèi)，則可以確定10為正常值，大于等于正常值2倍的數(shù)據(jù)（即20）為異常值。

滲漏類別的判斷：通過模擬電流場不但可以找到滲漏入口，還可以通過測試結(jié)果平面圖分析，判斷出滲漏的類別。測試水域中，異常場所在區(qū)域即為探測到的管涌或滲漏的入水部位。如果異常值高，區(qū)域范圍較小，一般是管涌的特征。異常值高，區(qū)域范圍大，則是集中滲漏的特征。異常值低，一般是散浸的特征。如果低異常值存在于正常場與異常場之間的大面積區(qū)域里，該現(xiàn)象基本是由于散浸引起的［5］。

3 探測設(shè)備

流場法探測設(shè)備系統(tǒng)主要由信號發(fā)送和信號接收兩部分組成。發(fā)送部分包括設(shè)備專用電源、發(fā)送機、供電電極、供電導(dǎo)線等；接收部分包括接收機、測量探頭等。配套工具有GPS定位系統(tǒng)、專用筆記本電腦、對講機、快艇等。

4 探測工作實施

開展探測工作時探測設(shè)備布置見圖5。

圖5 流場法滲漏探測工作布置示意圖

4．1 在測試水域建立電場

首先確定本次探測范圍為水庫壩前30m以內(nèi)水域。為了在測試水域中建立起可以模擬滲漏水流場的電場，將發(fā)送機A電極放置在壩后滲漏出口的滲出水中，發(fā)送機B電極放置在水庫庫區(qū)水中［6］。為了不引起模擬電場發(fā)生奇異變形，發(fā)送機B電極應(yīng)放置在距離面板堆石壩盡可能遠的庫區(qū)水中，實際使用的電纜長度為100m。

發(fā)送機電極布置好以后，開通發(fā)送機電源就在壩前庫區(qū)內(nèi)的水域中建立起了模擬滲漏水流場的電流場。

4．2 測定電場基本場的正常值

庫區(qū)如果存在滲漏入口，只有滲漏入口附近為異常場，庫區(qū)測試水域其它區(qū)域的電流場均應(yīng)該是均勻分布的基本場。測量水域中基本場的正常值時，用船載接收機并且拖拽專用探頭在測試區(qū)域大面積測試，測得大范圍基本一致的電流密度值就是基本場的正常值。通過實際測試，測得庫區(qū)內(nèi)模擬電流場的基本場正常值在10～15之間。

4．3 確定測區(qū)內(nèi)測線間距

為了保證測試可靠覆蓋測試區(qū)域，探測時采用的測線間距為5m。根據(jù)現(xiàn)場的探測條件，用經(jīng)緯儀確定測線。首先在壩東端垂直壩軸線向上游確定一條直線。然后在這條直線的上游側(cè)轉(zhuǎn)角90°，在距離壩前防滲面板5m的庫區(qū)水面上確定出平行防滲面板的第一條測線。用同樣方法再分別確定出平行且距離防滲面板10m、15m、20m、25m和30m等5條測線。由此確定出探測壩前水域范圍，南北方向探測壩前30m以內(nèi)水域、東西方向探測左岸至右岸之間水域。

5 探測結(jié)果

經(jīng)過用船載接收機沿著確定的壩前測線仔細探查，結(jié)果在整個測試水域中僅在防滲面板前查找到一個與壩后滲漏水相關(guān)的入滲位置。為了保證測試結(jié)果無誤，又多次在該區(qū)域詳細探測，最終確定滲漏入口中心位置位于樁號0＋032m、高程在當時庫水面以下7．5～10．5m之間。由當時庫區(qū)水位為266．50m推算，滲漏入口高程在256．00～259．00m之間。圖6為探測人員在現(xiàn)場詳細探測模擬電流場的異常場所在位置。圖2示出了滲漏入口在壩前的位置。

圖6 現(xiàn)場復(fù)核探測滲漏入口位置

6 滲漏產(chǎn)生原因分析

探測結(jié)果表明在樁號0＋032m、高程256．00～259．00m處發(fā)現(xiàn)了與壩后滲漏出水相關(guān)的滲漏入口。從委托單位提供的《防滲面板裂縫處理工作報告》中可知，在樁號0＋032m位置從最底下的一塊面板（高程252．50m～258．00m）到第二塊面板（高程258．00～264．00m）在澆筑以后都出現(xiàn)了混凝土裂縫?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，此處的防滲面板裂縫是一條從壩頂（高程274．00m）到壩體下部（高程252．50m）的通縫。說明此處的應(yīng)力比較集中，雖然用SR柔性防滲材料進行了處理，由于不均勻沉降等因素的作用，隨著時間的推移，裂縫兩側(cè)壩體還可能會發(fā)生新的變位，造成面板修補部位新的破壞。

從壩體的剖面圖可知，防滲面板坡面上部為垂直面板，下部為1∶0．3坡比的面板，在高程258．00m處為坡比改變的折點。用SR柔性防滲材料進行處理時，此處的鑿毛和止水處理不好將直接影響修補質(zhì)量，是修補工作難度相對較大的位置。

現(xiàn)場測試時庫區(qū)水位高程為266．50m，由于本探測方法只能探測到水位以下的滲漏入口位置，本次探測結(jié)果不能排除在高程266．50m水面線以上防滲面板上還存在其它滲漏入口。

7 結(jié)論及建議

（1）用流場法滲漏探測設(shè)備探查，在壩前防滲面板上找到1處對應(yīng)壩后滲出水的滲漏入口，位置在樁號0＋032m處、高程在256．00～259．00m之間。

（2）滲漏入口處的防滲面板曾經(jīng)發(fā)生過裂縫，并且修補過。經(jīng)分析，滲漏入口處是防滲面板應(yīng)力相對集中、防滲修補相對困難的位置。

（3）本次探測結(jié)果不能排除在高程266．50m水面線以上防滲面板上還存在其它滲漏入口。建議在水庫高水位運行時，用流場法對高程266．50m以上防滲面板進行檢測。

（4）流場法能夠探測出堆石壩防滲面板上的滲漏入口位置，為壩體滲漏處理方案正確選擇、工程處理有的放矢提供出準確依據(jù)。本方法可以廣泛應(yīng)用到其它壩型使用。

［1］何繼善．堤防滲漏管涌“流場法”探測技術(shù)［J］．銅業(yè)工程，2000（1）：5－8．

［2］朱自強，鄒聲杰，何繼善，等．流場擬合法在洪澤湖大堤管涌滲漏探測中的應(yīng)用［J］．工程地球物理學(xué)報，2004（6）：243－246．

［3］何繼善，鄒聲杰，湯井田．流場法探測堤防管涌滲漏異常的分布實驗［J］．中國防汛抗旱，2008（增1）：132－135．

［4］鄒聲杰，湯井田，何繼善，等．流場擬合法在堤壩滲漏管涌探測中的應(yīng)用［J］．人民長江，2004（2）：7－18．

［5］鄭燦堂，萬海，鄭茂海．關(guān)于流場法理論的幾點認識［J］．地球物理學(xué)進展，2012（10）：2190－2197．

［6］中華人民共和國水利部．SL 436－2008堤防隱患探測規(guī)程［S］．北京：中國水利水電出版社，2009．