滲漏探測及定向處理技術在大壩中的應用

余 斐，王 強，喬海娟，褚高強

(1.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020；2.水利部農村電氣化研究所，浙江 杭州 310012；3.水利部農村水電工程技術研究中心，浙江 杭州 310012)

1 問題的提出

1960年到1979年左右，浙江省興建了多個山塘和小(2)型水庫，由于缺少資金、技術及機械，這些水利工程多是村民自發(fā)完成；工程缺少勘察、設計、施工、運行等相關資料。經過長期運行，部分塘壩、水庫的大壩出現了滲漏現象，需要進行安全鑒定及處理[1_5]。傳統(tǒng)的大壩除險加固多采用斜墻或心墻加固方案，壩基進行灌漿處理。由于這種方法需對整個大壩進行處理，缺少針對性，增加了經濟成本。準確判斷大壩滲漏位置，并進行灌漿定向處理，不僅能夠加快除險加固的工期，而且提高了經濟效益，大大節(jié)約了滲漏處理成本。采用網絡并行電法進行滲漏探測，劃分滲漏區(qū)域，結合現場定向處理技術進行堵漏，可以作為一種新的除險加固方向。

2 主要思路及方法

網絡并行電法是一種改進的電法探測技術，相比傳統(tǒng)的高密度電法，具有測試速度快、資料解譯快的特點，現場可以讀取成果。不同含水率的巖土體，其電阻率具有明顯差異，當土體中含水率相對周圍偏多時，導電性變高，電阻率圖上表現為低阻異常區(qū)。在視電阻率和反演電阻率圖上圈定可能的低阻區(qū)，并初判為滲漏區(qū)域。通過現場鉆孔并進行注水、壓水試驗，進行對比；當心墻壩土體現場滲透系數小于1E_05 cm/s，均質壩土體現場滲透系數小于1E_04 cm/s，可判斷為滲漏區(qū)域。

在滲漏區(qū)域進行灌漿，可以采用1～2排灌漿孔方案，灌漿孔間距可采用0.5～2 m不等間距。土體中進行水泥粘土灌漿，巖體中進行水泥灌漿；灌漿不僅能夠進行堵漏，也能提高壩體及壩基的穩(wěn)定性和安全性。施工期間進行灌漿效果的檢測，通過檢查孔進行注水、壓水試驗對比灌漿引起巖土體滲透性的變化。下游滲水點布置量水堰觀察滲水量的變化，當檢查孔巖土體滲透系數相對灌漿前較小并滿足規(guī)范要求，下游滲水點水量明顯降低時，可以判斷滲漏處理效果較好[6_8]。

3 試驗大壩實例

3.1 工區(qū)概況

選定試驗的山塘總庫容為3.6萬 m3，壩長50 m，壩高16 m，為均質壩。該山塘2014年進行過除險加固處理，壩體采用套井回填，壩基未采取帷幕灌漿處理。目前壩腳排水棱體存在明顯滲漏。

根據現場調查，該山塘壩體套井曾出現嚴重塌孔事故，塌孔段主要位于老涵管右側，塌孔后采取水泥粘土回填，套井深度未達巖基。另外，施工時樁號K0+018～K0+020 m段(自溢洪道左擋墻邊起算)上游大方腳附近出現過塌方事故。

3.2 網絡并行電法測試成果

本次滲漏探測在塘壩共布置4條電法測線(見圖1)，測線走向平行大壩軸向?，F場電法探測采用AM法，4條測線均位于背水坡，其中測線CX1沿壩頂軸線下游布置，電極距為1 m，總長度為50 m；測線CX2位于壩背水側距壩頂2 m，電極距為1 m，總長度50 m，與CX1平距1.5 m；測線CX3位于背水坡側，電極距為1 m，總長度為50 m，高程約135 m；測線CX4位于下游一級馬道以上壩坡，電極距為1 m，總長度為45 m，測線高程約128 m。

圖1塘壩滲漏示意

通過電法探測解譯表明，溢洪道及涵管附近存在疑似滲漏的低阻區(qū)，其中涵管附近的低阻區(qū)范圍較廣且深度大，與下游滲漏點可能存在聯系。根據探測CX2剖面與套井剖面對比(見圖2)，老涵管右側16 m套井范圍為塌孔段，老涵管右側10 m范圍存在連續(xù)塌孔；該段為滲漏薄弱區(qū)，與探測區(qū)低阻較為一致。測線CX2反映低阻區(qū)位于右岸，顯示滲漏水流從左岸稍向右岸偏移。溢洪道附近壩體及壩基也存在滲漏隱患，但程度較小。為消除大壩存在的安全隱患，發(fā)揮其水庫應有的效益，必須對大壩進行防滲加固處理。

圖2探測CX2剖面與套井剖面對比

3.3 灌漿方案及技術要求

壩體灌漿范圍為樁號K_0+004～K0+048.4，共52.4 m?，F場布置1排灌漿孔，灌漿中心線與大壩套井中心一致，孔距1.5 m。施工時按三序進行施工，先灌Ⅰ序孔、再灌Ⅱ序孔、最后灌Ⅲ序孔，各灌漿序次不得打亂，必要時補孔繼續(xù)灌注。根據現場灌漿需要，在溢洪道進行了補充灌漿孔，各孔深均應深入相對不透水層2 m。另外，還在壩頂布置了4只檢查孔。

充填灌漿采用摻20%普通硅酸鹽水泥的粘土漿，試驗時加入一定量的速凝劑，主要目的是提高強度，縮短固結時間。灌漿用的粘土含量≥30%總干土重，含砂率<30%，密度1.4～1.6 m3，粘度30～60 s，含水量70～90 ml。充填灌漿壓力控制在0.05～0.1 MPa，施工過程中根據灌漿深度和現場實際情況進行了灌漿壓力的調整。充填灌漿段長一般為5.0 m，一次成孔，由下至上，分段拔管灌漿，最后一段至壩頂以下2 m。灌漿管底口位置為灌漿段底以下1.5 m，即灌漿管底口伸入已灌段中1.5 m。

灌漿原則為：稀漿開始，濃漿灌注，分序施灌，先疏后密，少灌多復，控制漿量。開灌時用1.3g/cm3左右的稀漿，緩慢進漿，再逐步加快灌漿速度，按照規(guī)范要求進行變漿和灌漿，并進行反復多次進行復灌；復灌次數一般都不少于3次，復灌時間為1～2 d。

3.4 灌漿施工步驟

壩體共布置23只灌漿孔，采用回旋鉆進，泥漿護壁成孔，成孔時可用套管進行取土。鉆孔要保證豎直、孔底傾斜率不大于2.0%；注漿管下至孔底小于30 cm，每灌一段，上把套管一段；在試驗塘壩當地選擇粘土料場進行室內試驗，制漿時根據泥漿容重、粘度等確定加漿量。灌漿順序為：先Ⅰ序孔，后Ⅱ序孔，再灌Ⅲ序孔，最后是補灌孔。每孔灌漿順序為：先灌接觸帶基巖位置，灌好后再灌壩體。

3.5 滲漏處理效果檢測

根據施工前先導孔的現場注水表明，大壩壩體為強～中透水性，灌漿結束后，在大壩滲漏重點壩段布置了4個檢查孔，從檢查孔注水試驗的結果來看，壩體已為弱透水層，達到了預期的防滲要求(見表1)。試驗表明，灌漿后，大壩滲透性明顯降低并滿足規(guī)范要求。

表1 灌漿后檢查孔1注水及壓水試驗

施工前后，進行了庫水位與滲漏點流量的對比，通過對比表明，滲漏量從施工前的最大5.62 L/s到施工完成后的0.34 L/s，滲漏量降低94%，滲漏處理效果明顯(見圖3)。

圖3灌漿過程中庫水位和滲流量對比

通過資料分析、檢查孔及滲漏量對比觀測，表明大壩滲透性能明顯改善，水庫已基本能滿足較高水位的蓄水要求，施工灌漿效果明顯，達到了防滲的目的。試驗表明，大壩滲漏探測及定向處理可以有效堵漏。

4 主要結論

本文對大壩滲漏探測及處理進行了試驗和研究，用網絡并行電法探測，灌漿定向處理，注壓水試驗及滲漏量觀測。得出如下主要結論：

(1)網絡并行電法能夠查明大壩滲漏范圍及深度，追蹤滲漏通道及流向。

(2)定向灌漿處理水庫滲漏，取得較好的經濟和社會效益。

(3)灌漿需進行多種方法驗證，結合檢查孔、滲漏量觀測等方法。