高密度電法在水庫大壩滲漏探測中的應(yīng)用

郭 凱

(中煤地質(zhì)集團(tuán)有限公司上海分公司，上海 200135)

大壩作為重要的防水建筑物，在防洪抗災(zāi)、防海水入侵等綜合利用中起著非常重要的作用。它的安全一直備受關(guān)注和重視。因此加強大壩安全防范工作，特別是加強大壩的滲漏探測及除險加固等是十分必要的，高密度電阻率法因?qū)λ容^敏感，常被應(yīng)用于壩體滲漏勘察中[1-5]。

陳行水庫位于上海市東部長江江堤外側(cè)。水庫呈矩形，面積135萬m2。東傍新川沙河口，西連寶山湖(寶鋼水庫)，是上海市主要取水口之一。該水庫位于瀏河口下游，屬長江邊灘水庫。

由于大壩存在滲漏，水庫在2014年對大壩進(jìn)行了除險加固。但加固后還存在滲漏問題。為進(jìn)一步查明水庫大壩滲漏位置及通道，急需進(jìn)行大壩滲漏探測工作。

1 測線布置

壩體土壤、砂、礫石等第四系松散沉積物的孔隙度一般都比較高，處于飽水狀態(tài)，電阻率則比較?。伙L(fēng)化使巖石的孔隙度增加，處于飽水狀態(tài)，其巖石電阻率也會降低；風(fēng)化的巖漿巖裂隙發(fā)育，其電阻率大大低于新鮮巖石；壩體灌注泥漿更會將導(dǎo)致壩體整體電阻率存在差異。物性差異表明，大壩滲漏通道區(qū)域與圍巖存在明顯的(或懸殊的)電阻率差，因此本區(qū)采用高密度電法溫納裝置進(jìn)行探測。

工區(qū)壩體長約80m，寬約6m。為了對比注漿前后效果，本次施工分2次探測。每次探測都布設(shè)了兩條高密度測線，測線點距為1.2m，2條測線間距為2m。第一次探測單條測線共布設(shè)32個電極；第二次為探測注漿效果和深層信息故相應(yīng)增加了電極個數(shù)，每條測線布設(shè)68個電極，如圖1所示。圖中藍(lán)色線段為第一次電極布設(shè)位置，洋紅色線段為第二次電極布設(shè)位置。測線1為大壩靠近水庫一側(cè)，測線2為大壩靠近長江一側(cè)。

圖1 測線布置示意圖Figure 1 A schematic diagram of survey line layout

2 資料處理

室內(nèi)處理解釋時首先對實測記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)排列、突變點剔除、數(shù)據(jù)圓滑處理，根據(jù)測區(qū)內(nèi)干擾情況設(shè)置阻尼系數(shù)，初始阻尼系數(shù)大小為0.05～0.25，對于噪音影響區(qū)，選擇較大的阻尼參數(shù)。阻尼系數(shù)確定后，進(jìn)行反演計算生成視電阻率 剖面圖像。

本次室內(nèi)處理選用初始阻尼系數(shù)為0.2，最小阻尼系數(shù)為0.1。對于同一測線分段測量數(shù)據(jù)，采用高密度電法軟件Res2進(jìn)行分?jǐn)?shù)據(jù)合并；對于分?jǐn)?shù)據(jù)彼此初始電極位置不同，應(yīng)用該軟件進(jìn)行初始電極位置重新設(shè)定。

3 資料解釋

影響介質(zhì)電阻率的因素主要為巖性、含水率、密實度、粒徑等。對于非飽和第四系土層: 含水率、密實度越高、粒徑越小, 電阻率值越低; 當(dāng)含水率、粒徑不變時電阻率值大小基本反映了土體密實度的變化。當(dāng)均質(zhì)非飽和土層中有裂縫發(fā)育時,當(dāng)裂縫被空氣充填、同時裂縫周圍土體密實度必然相對降低, 此時裂縫在電阻率剖面上反映為高阻異常帶。當(dāng)裂縫被水充填時，裂縫含水率變大，此時裂縫在電阻率剖面上反應(yīng)為低阻異常帶。

圖2是兩次進(jìn)行探測時測線1(靠近水庫一側(cè))的高密度電法反演電阻率剖面圖。對圖2a視電阻率剖面分析可以發(fā)現(xiàn), 1m以上地層電阻率大于90Ω·m，對應(yīng)壩體表層水泥層和砂礫石層；下部堤身填筑土電阻率為15～50Ω·m。但在測線36～46.8m段及26.4～28.8m段出現(xiàn)兩組比較明顯的低阻異常帶。在兩組低阻異常帶對應(yīng)壩堤表面相應(yīng)位置沒有出現(xiàn)明顯裂縫，根據(jù)物性條件推斷該位置對應(yīng)的堤壩存在滲漏問題，導(dǎo)致該段土體含水量增高。其中圖2b是對36～46.8m段異常段進(jìn)行注漿處理后的反演電阻率剖面，能夠發(fā)現(xiàn)37.2m～44.4m段異常范圍明顯變小，證明注漿效果明顯。

圖3是測線2(靠近長江一側(cè))的2次高密度電法探測反演電阻率剖面圖。從圖3a可以看出， 壩體表層水泥層和砂礫石層與下部堤身填筑土的電阻率與測線1基本相同，但在測線45.6～49.2m段及26.2～39.6m段也出現(xiàn)兩組相對低阻異常帶。在兩組低阻異常帶對應(yīng)壩堤表面相應(yīng)位置沒有出現(xiàn)明顯裂縫。測線33.6～34.8m段出現(xiàn)明顯低阻異常，推斷該位置對應(yīng)的堤壩部分存在滲漏問題。其中圖3b是對33.6～34.8m段異常段進(jìn)行注漿處理后進(jìn)行反演的電阻率剖面， 能夠發(fā)現(xiàn)注漿點段異常明顯變小，證明注漿效果明顯。

圖2 線1注漿前后視電阻率剖面對比圖Figure 2 Comparison of Line 1 apparent resistivity sections before and after grouting

圖3 線2注漿前后視電阻率剖面對比圖Figure 3 Comparison of Line 2 apparent resistivity sections before and after grouting

4 結(jié)語

①壩體滲漏問題一直是大壩安全使用中的重大隱患問題，因此加強對大壩滲漏進(jìn)行定期檢測是十分必要的。

②高密度電法探測因其高效、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)等特點可以應(yīng)用于壩體滲漏檢測中。但由于物探的多解性，為了提高其準(zhǔn)確性，除了野外規(guī)范施工外，還應(yīng)在資料解釋中多參考勘探及以往地質(zhì)資料進(jìn)行綜合解釋。