并行電法在羊角弄水庫查漏中的應(yīng)用

杜潔琴

（縉云縣新建流域水利服務(wù)站，浙江 縉云 3 2 1 4 0 0）

并行電法在羊角弄水庫查漏中的應(yīng)用

杜潔琴

（縉云縣新建流域水利服務(wù)站，浙江 縉云 3 2 1 4 0 0）

大壩滲漏隱患的準(zhǔn)確查找是水庫防滲安全評價的重要內(nèi)容，明確滲流薄弱區(qū)的范圍、分布、大小以及滲漏病因是有的放矢實施防滲優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵。早期的小型水庫土石壩體的填筑質(zhì)量較差，大多存在不同程度的滲漏問題，采取稀疏的鉆孔難以達到對大壩縱斷面全覆蓋式檢測，以羊角弄水庫的滲漏調(diào)查為研究對象，利用并行電法技術(shù)針對滲漏原因開展現(xiàn)場探測工作。結(jié)果顯示，并行電法可快速獲取大壩縱斷面電性色譜圖像，反映滲漏薄弱區(qū)的分布狀況,與鉆孔揭露地質(zhì)資料基本吻合，表明大壩左壩段壩基及壩體存在防滲缺陷是造成大壩滲漏的主要原因。

大壩；滲漏隱患；并行電法；視電阻率圖；定向處理

土石壩是充分利用當(dāng)?shù)夭牧闲拗傻膿跛ㄖ?，具有造價成本低、施工方便和場地條件要求較為寬松等優(yōu)點，是我國水庫大壩設(shè)施的重要組成部分。由于筑壩材料的散粒體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)資料的缺乏、施工質(zhì)量較差以及后期的運行管理不到位等因素影響下，大壩在長期的運行過程中不可避免的發(fā)生散浸、管涌和塌陷等不良滲流現(xiàn)象[1-2]。水庫大壩安全監(jiān)測是掌握大壩運行實時狀態(tài)和安全狀況發(fā)展動態(tài)趨勢的有效手段和方法，為準(zhǔn)確認(rèn)識突發(fā)滲流異?，F(xiàn)象的過程有重要意義[3]。在大壩滲流安全鑒定中，利用鉆孔可直接揭露大壩的地質(zhì)特征，較為準(zhǔn)確地判斷壩體和壩基的防滲性能，進一步提出相應(yīng)的加固措施[4-5]。但是大多數(shù)小型水庫、山塘監(jiān)測裝置布設(shè)還存在不足，鉆孔布設(shè)也具有較大的隨意性，因此一種無損的測試手段對大壩隱患的快速識別顯得尤為重要[6]。

水庫滲漏并行電法技術(shù)探測技術(shù)是浙江省水利科技推廣主推技術(shù)，現(xiàn)場測試速度快、全電場數(shù)據(jù)的同步采集，豐富的多參數(shù)數(shù)據(jù)體，在水庫隱患探測中發(fā)揮獨特的優(yōu)勢[7]?；诖思夹g(shù)的適用性，在羊角弄水庫大壩安全鑒定工作中引進該技術(shù)探測大壩隱患，結(jié)合鉆探資料，更能加合理分析羊角弄水庫的滲流狀況。

1 羊角弄水庫工程概況

1.1 水庫概況

羊角弄水庫位于壺鎮(zhèn)鎮(zhèn)仁旦村羊上新村自然村，在甌江流域好流支流上。水庫集雨面積為0.15 km2，總庫容為10.82萬m3，設(shè)計水位255.834 m，是一座以灌溉、飲用為主，結(jié)合防洪的小(2)型水利工程。灌溉面積28.2 hm2（423畝）。羊角弄水庫樞紐工程主要由大壩、溢洪道、放水設(shè)施等組成。大壩為黏土心墻壩，壩頂高程258.05 m，最大壩高12.00 m，壩頂長度105.00 m，壩頂寬度3.00 ～ 4.00 m。溢洪道位于大壩右端，為寬淺式溢洪道，堰頂高程256.60 m，堰頂寬度12.50 m。

該水庫1957年始建，1958年春大壩筑到高9.40 m，為了增加蓄水量，擴大灌溉面積，1974年冬對大壩進行加高，1983年為確保水庫安全進行了保壩設(shè)計。本次水庫現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，水庫壩腳河床位置存在滲漏點，目測漏水量較小、水質(zhì)清澈。

1.2 地層巖性

庫區(qū)內(nèi)出露的基巖為白堊系上統(tǒng)塘上組（K2t），本段巖性主要為紫灰色塊狀流紋質(zhì)含角礫玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r、玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋巖夾沉凝灰?guī)r、紫紅色凝灰質(zhì)粉砂巖和砂礫巖，厚250.00 ～ 2 600.00 m。圖1為典型的大壩巖土體柱狀圖，壩址出露的基巖主要為紫紅色角礫玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r。第四系松散堆積層主要為：①第四系殘坡積層（Q4el + dl），主要分布在水庫左右壩肩山坡上，為灰黃色含礫粉質(zhì)黏土，現(xiàn)作為耕植土，含植物根莖，厚度較薄，一般10 ～20 cm ；②第四系沖洪積層（Q4al + pl），主要分布在溝谷段，為黃—黃褐色可塑狀含礫粉質(zhì)黏土、局部夾少量砂卵石。

圖1 鉆孔ZK2典型柱狀圖

2 并行電法滲漏探測及分析

2.1 探測原理及測線布置

并行電法引入了人工地震數(shù)據(jù)采集的思想，改進傳統(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。并行電法有AM法和ABM法2種供電方式，采集過程中，按照一定協(xié)議發(fā)布供電命令，讓任意電極處于供電狀態(tài)，則其余測量電極同時處于電壓采樣狀態(tài)，根據(jù)需要可任意提取電法所有裝置的數(shù)據(jù)信息以及海量的自然場、一次場、二次場的全場地電信息[8]。在大壩滲漏檢測中，當(dāng)壩體均勻時，視電阻率等值線呈層狀分布，從壩體表部向下一般呈降低趨勢。當(dāng)壩體內(nèi)存在不均勻土體、裂縫、滲漏通道等隱患時，由于水的作用，使得滲漏區(qū)的視電阻率比周圍的低，因此，可依據(jù)視電阻率等值線的變化情況及曲線形態(tài)，結(jié)合地質(zhì)情況和壩體結(jié)構(gòu)特征，推斷隱患的性質(zhì)、產(chǎn)狀和埋深等情況[9]。

如圖2所示本次在大壩上共布置并行電法測線1條。測線CX1沿平行于壩頂軸線布置，距壩頂斜距2.00 m，共布置49道電極，其中前1 ～ 32道電極距2.50 m，32 ～ 49道電極距為1.00 m，測線總長度94.50 m，其中1號電極位于右岸溢洪道左邊墻處。由于壩后坡表層植被較多，提前進行了現(xiàn)場處理，并對每一個電極澆鹽水，以求獲得高信噪比的地電數(shù)據(jù)。

圖2 壩址區(qū)平面圖

2.2 數(shù)據(jù)成果解釋

現(xiàn)場采用AM法進行數(shù)據(jù)采集方式，單次采集只需96 s，即可獲取單點電源供電下的二極、三極等數(shù)據(jù)體，進一步對獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過配套的軟件解編、坐標(biāo)輸入、畸變點剔除、網(wǎng)格化成圖等步驟，即可得到反演大壩電阻率分布特征的色譜圖像。圖3為大壩的視電阻率圖，從圖3可以看出，當(dāng)水位距壩頂高程差為4.10 m時，視電阻率值主要在30 ～75 Ω · m，大壩左側(cè)壩體段視電阻率值相對較小，呈閉合狀主要在50.00 ～ 74.00 m，深度在7.00 m以下，右岸山體視電阻率值相對較大，未發(fā)現(xiàn)明顯的低阻異常。

圖3 大壩縱向視電阻率斷面圖

2.3 滲漏原因分析及處理建議

從反演電阻率剖面與大壩工程地質(zhì)斷面對比圖（見圖4）可以看出，大壩壩體、河床段巖基及壩體與左岸山體接觸帶部位存在低阻異常區(qū)，表明大壩壩體、河床段巖基及壩體與左岸山體接觸帶部位存在滲流薄弱區(qū)。測線CX1上K0 + 046 ～ K0 + 08 m段（以右岸溢洪道左邊墻起點計）深度7.00 m以下壩體及巖基低阻異常區(qū)是造成當(dāng)前左壩腳存在滲漏現(xiàn)象的主要原因，右岸山體未發(fā)現(xiàn)明顯滲漏。建議大壩壩體段采用黏土套井回填處理，壩基段采用帷幕灌漿處理，接觸段采用接觸灌漿處理。

圖4 反演電阻率剖面與大壩工程地質(zhì)斷面綜合解釋圖

3 結(jié) 語

（1）大壩K0 + 046 ～ K0 + 080 m段（以右岸溢洪道左邊墻起點計）深度7.00 m以下壩體及巖基存在滲流薄弱區(qū)是造成當(dāng)前左壩腳存在滲漏的主要原因；

（2）并行電法測試速度快、成果可靠，為大壩滲漏防滲處理提供了有效的靶區(qū)，是一種實用性隱患診斷手段，值得推廣應(yīng)用到水庫、山塘、堤防以及河道等土石擋水建筑物中。

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（責(zé)任編輯 郎忘憂）

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2017-01-17

杜潔琴(1986 - )，女，助理工程師，大學(xué)本科，主要從事農(nóng)村飲用水安全管理和研究。