塘塢水庫大壩滲漏探測及定向處理技術(shù)的應(yīng)用

岑 洋，江樹海，王軍強，譚 磊,4

(1.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；2. 浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020；3.水利部農(nóng)村電氣化研究所，浙江 杭州 310012；4.浙江省水利防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室，浙江 杭州 310020)

1 工程概況

塘塢水庫位于浙江省杭州市臨安區(qū)潛川鎮(zhèn)外伍村，水庫壩址距離外伍村村委約2.0 km，距離杭州市臨安區(qū)區(qū)中心約60.0 km。壩址以上水庫集雨面積0.4 km2，總庫容25萬m3，是1座以灌溉、防洪為主，兼有生活、生產(chǎn)供水，滯蓄洪水功能的小(2)型水庫；工程主要建筑由大壩、溢洪道、放水設(shè)施三部分組成。水庫大壩為粘土心墻壩，壩高14.6 m，壩頂平均高程112.10 m(1985國家高程，下同)，壩頂長約80 m，壩頂寬3～4 m不等。溢洪道位于大壩右側(cè)，為開敞式側(cè)槽溢洪道。

根據(jù)現(xiàn)場檢查、踏勘及《浙江省小型水庫大壩安全技術(shù)認定報告書》(塘塢水庫)，大壩粘土心墻滲透系數(shù)、大壩左壩肩基巖透水率不滿足規(guī)范要求，防滲安全存在隱患。大壩下游壩腳全線均有滲漏現(xiàn)象，左壩腳相對較嚴重，大壩無法正常蓄水。

為了精確探測大壩滲漏的位置及空間分布，提升工程治理的有效性與經(jīng)濟性，采用了多種探測技術(shù)并結(jié)合定向處理的實施方法。

2 水庫大壩滲漏探測與定向處理技術(shù)

土石壩滲漏隱患探測屬于精細化探查[1_3]，探測精度要求比較高，綜合診斷技術(shù)的運用使其成為一項復(fù)雜而系統(tǒng)的工作[4_ 5]。其中，并行電法是在傳統(tǒng)電法基礎(chǔ)上有較大改進的電法探測新技術(shù)[6_8]，具有探測速度快、采集數(shù)據(jù)量大、圖像分辨率高、探測成果現(xiàn)場解譯等優(yōu)點。通過并行電法探測獲得的土石壩巖土介質(zhì)電阻率色譜圖像，可以直觀反映出大壩斷面的滲流隱患位置分布，進一步結(jié)合鉆孔檢驗、鉆孔電視技術(shù)[9]，精準確定主要滲漏位置分布。定向處理技術(shù)主要根據(jù)多種探測技術(shù)給出的滲漏判斷結(jié)果[10_11]，結(jié)合大壩結(jié)構(gòu)特征，為灌漿方法、灌漿材料及灌漿工藝的選擇提供依據(jù)，進而開展?jié)B漏部位的定向處理施工設(shè)計和灌漿處理[12_14]。

通過將并行電法探測、鉆孔檢驗、鉆孔電視技術(shù)等多項探測技術(shù)相結(jié)合，精確鎖定滲漏區(qū)域，與定向灌漿技術(shù)互為補充與驗證，物理探測成果為大壩滲漏提供灌漿靶區(qū)。同時，鉆孔灌漿信息也能反過來修正探測成果，進而形成一套有效可靠的土石壩滲漏探測及定向處理體系。相比僅憑傳統(tǒng)的經(jīng)驗判斷，該技術(shù)方法更具有針對性與經(jīng)濟性，在施工處理效率及節(jié)約用料成本方面具有明顯優(yōu)勢。

3 定向處理技術(shù)的應(yīng)用及其質(zhì)量評價

3.1 滲漏探測技術(shù)及其結(jié)果分析

3.1.1 并行電法探測結(jié)果

本次布置電法測線3條：測線BX1沿壩頂偏下游坡縱向布置，電極間距2 m，共布置46道電極，測線長度90 m，1號電極位于左壩頭上壩公路近山體側(cè)。測線BX2位于背水坡一級馬道，電極間距2 m，共布置42道電極，測線長度82 m，1號電極位于左壩頭上壩公路。測線BX3位于溢洪道底板側(cè)，電極間距1 m，共布置32道電極，測線長度31 m(見圖1)。

電法數(shù)據(jù)處理利用自主研發(fā)的并行電法配套軟件——水庫滲漏探測成像軟件(RSDimagingV1.0)平臺，并選用了網(wǎng)格化插值軟件和可視化圖像處理軟件進行輔助成圖。電法數(shù)據(jù)處理流程有：數(shù)據(jù)解編、電極坐標、畸變值刪除、視電阻率計算、真電阻率反演及剖面成圖。

圖1 水庫并行電法測線布置

根據(jù)探測成果(見圖2、圖3)，大壩軸線BX1剖面上部壩體段電阻率明顯低于下部壩體。由于視電阻率超過100 Ω，說明上部壩體可能存在滲漏問題，但滲漏量不大。BX1剖面左壩肩測線7～20 m段存在高阻中斷異常，反演電阻率剖面相應(yīng)存在低阻，說明該處高水位存在滲漏可能，后經(jīng)調(diào)查了解該處為原老溢洪道位置。右岸BX1測線65～90 m段電阻率低，明顯存在低阻異常，可能存在巖體破碎，該處滲漏的可能性大，同側(cè)下游馬道測線BX2同樣出現(xiàn)低阻異常。同時，溢洪道堰基下游側(cè)底板5 m以內(nèi)巖基存在明顯低阻區(qū)，表明堰基存在滲漏隱患。

圖2 大壩視電阻率剖面圖

圖3 大壩反演電阻率剖面圖

根據(jù)并行電法探測結(jié)果：一是左壩肩存在壩基及繞壩滲漏可能，原老溢洪道由于填筑問題可能存在滲漏。二是右壩肩溢洪道近壩體側(cè)25 m范圍接觸帶及巖基存在滲漏。三是現(xiàn)狀溢洪道堰基存在滲漏。

3.1.2 鉆孔檢驗結(jié)果

現(xiàn)場實際鉆取3個先導(dǎo)孔檢驗，鉆孔位置分布在壩體段3個低阻隱患區(qū)：左壩頭(先導(dǎo)Ⅲ孔、樁號K0+76.5)、壩中部(先導(dǎo)Ⅱ孔、樁號K0+42.5)及右壩頭(先導(dǎo)Ⅰ孔、樁號K0+012，見圖4)，實際取樣如下所示(見圖5～7)。

鉆探發(fā)現(xiàn)左壩頭壩體填土為碎石土，碎石含量很高。壩體中部及右壩段壩體為粘性土，局部含碎石，土體含水率較高。對先導(dǎo)Ⅲ號孔進行鉆孔電視查勘，鉆孔電視工作照片及內(nèi)部拍攝如下所示(見圖8、圖9)。經(jīng)過現(xiàn)場注水、壓水試驗(見表1)，以鉆孔注水、壓水的滲透系數(shù)作為透水程度判斷依據(jù)，判定大壩右壩頭基本不漏，壩中部和左壩頭存在滲漏。

圖4 鉆孔孔位平面布置

圖5 左壩頭Ⅲ號孔取樣 圖6 壩中部Ⅱ號孔取樣 圖7 右壩頭Ⅰ號孔取樣

圖8 左壩頭Ⅲ號孔鉆孔電視壩體填筑段拍攝圖 圖9 左壩頭Ⅲ號孔鉆孔電視基巖拍攝圖

表1 先導(dǎo)孔滲透系數(shù)情況一覽

通過以上試驗，可判定壩中部輕微滲漏，主要為左壩頭存在滲漏隱患(見圖10)。

圖10 大壩滲漏隱患區(qū)域劃分

3.2 定向堵漏處理實施過程

根據(jù)并行電法、先導(dǎo)孔檢驗以及鉆孔電視技術(shù)的成果及處理建議，對塘塢水庫大壩進行定向灌漿堵漏處理。在大壩左岸段(K0+070.5～K0+087)布置雙排灌漿孔，吃漿量較大處按Ⅳ序施灌；壩中部左側(cè)段(K0+040.5～K0+069)布置單排灌漿孔，按Ⅲ序施灌，最終孔距1.5 m；壩中部右側(cè)段(K0+000～K0+037.5)布置單排灌漿孔，按Ⅱ序施灌，最終孔距3 m；溢洪道段(Y0+000～Y0+021)布置單排灌漿孔，按Ⅲ序施灌，最終孔距2 m(見圖11)。

圖11 大壩隱患區(qū)灌漿孔位平面布置

以上灌漿壩體進行微劈充填灌漿[15_16]，接觸帶進行接觸灌漿，壩基進行帷幕灌漿[17_18]；溢洪道接觸帶進行接觸灌漿，堰基進行帷幕灌漿，對堰體新增反壓灌漿。灌漿工藝及相關(guān)技術(shù)較成熟，在此不再贅述?，F(xiàn)場定向處理時，左壩段及中部Ⅲ1～Ⅱ10段壩體心墻含碎石較多，其中左壩段心墻含粘土較少，吃漿量較大，原老溢洪道位置可能位于Ⅲ3～Ⅱ2之間，局部單孔單位注灰量超過200 kg/m；右壩頭上部填土為粉質(zhì)粘土，含水量較高，深部基巖破碎；溢洪道堰體及堰基整體吃漿量都很大。灌漿時吃漿量較大位置均摻雜一定量的砂骨料才達到灌漿壓力值。

3.3 定向處理質(zhì)量評價

待定向灌漿施工處理完成后，在大壩上布置7個檢查孔，總進尺116.6 m，現(xiàn)場檢查孔檢驗時滲透系數(shù)全部合格(即K≤1.0×10-5cm/s)，檢查孔實際孔位及數(shù)據(jù)如下所示(見表2)。灌漿結(jié)束后，水庫經(jīng)歷幾次強降雨，水位驟升，溢洪道數(shù)次泄洪，水位幾周內(nèi)一直保持高水位運行，壩腳未見明顯滲漏情況。高水位時發(fā)現(xiàn)溢洪道堰體存在局部滲漏，隨即對堰體進行反壓灌漿，基本解決堰體的滲漏問題。

4 結(jié) 論

(1)水庫大壩滲漏定向處理技術(shù)通過將并行電法探測、地質(zhì)鉆探、鉆孔電視等多項探測技術(shù)相結(jié)合，精確鎖定滲漏區(qū)域，與定向灌漿技術(shù)互為補充與驗證，實現(xiàn)了對大壩隱患滲漏區(qū)域的精確鎖定與定向堵漏，顯著提高了大壩滲漏治理的工程效益。

(2)根據(jù)并行電法探測結(jié)果初步確定左壩肩、右壩肩和溢洪道堰基存在滲漏可能，結(jié)合鉆孔檢驗與鉆孔電視技術(shù)，進一步判定壩中部輕微滲漏，左壩頭存在較大滲漏隱患。

(3) 根據(jù)多種技術(shù)方法的綜合探測結(jié)果，對左壩頭布置雙排灌漿孔，其余位置布置單排灌漿孔，不同位置實施不同灌漿技術(shù)。灌漿完成后，檢查孔檢驗數(shù)據(jù)表明灌漿質(zhì)量達到要求，后期觀測表明防滲透體穩(wěn)定性較高。

表2 檢查孔及試驗成果

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