基于綜合檢測法的心墻壩滲漏研究

李夢龍

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110000)

瀝青混凝土心墻堆石具有心墻碾壓過程較為簡單方便、帷幕灌漿量少、抗震性能強(qiáng)的特點，常被應(yīng)用在天然防滲建筑材料匱乏的地區(qū)[1]。但受填筑分層較多、階梯型結(jié)構(gòu)分層復(fù)雜、施工過程控制難度較大以及工后不均勻沉降等問題影響，大壩滲漏是該壩型無法回避的缺點[2-3]。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)有該壩型的大中型水庫近百座，由于瀝青混凝土心墻防滲體出現(xiàn)質(zhì)量缺陷導(dǎo)致的水庫滲漏問題常有發(fā)生。其結(jié)果不僅影響水庫正常蓄水，而且長期滲流導(dǎo)致的細(xì)顆粒介質(zhì)流失，會造成嚴(yán)重的滲流穩(wěn)定問題，嚴(yán)重的可引起局部壩體塌陷進(jìn)而威脅大壩穩(wěn)定與安全[4]。如何快速準(zhǔn)確地確定滲漏部位是保證大壩穩(wěn)定安全同時節(jié)省滲漏加固成本的關(guān)鍵問題[5]。

目前，常用的滲漏檢測方法主要為鉆探方式(壓水試驗、示蹤試驗)及物探方法(電法、探地雷達(dá)、超聲波等)[6]。由于儀器誤差及人為誤差的雙重作用，往往單一的檢測結(jié)果具有不可靠性。本文以三座店水庫為例，檢測過程中采用多種方法相互驗證、相互校準(zhǔn)大幅度提升檢測精度，從而快速獲取較為可靠的結(jié)果。

1 項目概況

三座店水利樞紐工程位于內(nèi)蒙古赤峰市境內(nèi)西遼河上游老哈河水系英金河支流陰河下游，赤峰市松山區(qū)初頭朗鎮(zhèn)三座店村上游0.5km處，距赤峰市城區(qū)35km。該樞紐工程為大(2)型工程。樞紐工程于2005年6月開工建設(shè)，2009年8月1日下閘蓄水，水庫長期處于滲漏狀態(tài)導(dǎo)致運(yùn)行水位一直低于死水位。2010年及2015年曾兩次針對左右壩肩進(jìn)行滲漏補(bǔ)強(qiáng)灌漿，兩次灌漿的處理都未取得明顯的防滲效果，滲漏問題一直沒有得到解決。

2 檢測方法及思路

根據(jù)大壩結(jié)構(gòu)及滲漏特點，檢測主要采用水位觀測、流速測定、孔內(nèi)成像及示蹤試驗的綜合檢測方法。檢測孔內(nèi)穩(wěn)定水面以上部分滲漏現(xiàn)象便于直觀觀測，檢測過程中主要進(jìn)行孔內(nèi)成像，而水下部分滲漏具有隱蔽性，不易通過直觀現(xiàn)象判斷滲漏情況，檢測過程中采用了上述4種方式相互印證，進(jìn)行綜合分析判斷。由于水庫整體檢測工作量較大，本文選取具有代表性的Ⅱ-Ⅱ′檢測斷面進(jìn)行介紹，其檢測工作具體布置如下。

2.1 鉆孔布置

防滲墻上下游距離心墻1.0m處各布設(shè)1個鉆孔(K1、K2)，下游馬道布設(shè)2個鉆孔(K3、K4)，鉆孔傾角小于2°。其中K1作為示蹤試驗投源孔，K2作為流速測定及孔內(nèi)成像實驗孔，K3及K4作為示蹤試驗觀測孔(見圖1)。

圖1 Ⅱ-Ⅱ′檢測斷面鉆孔平面布置

2.2 水位觀測

檢測孔完成后，定期對全部鉆孔進(jìn)行水位統(tǒng)測，繪制區(qū)域流場圖及壩軸線剖面水位圖，用于確定工程區(qū)地下水流異常部位。

2.3 流速測定

采用流速測定儀對鉆孔水面以下部位進(jìn)行定點流速測定，垂向上間距1m，流速較大部位則加密至0.5m；利用追蹤軟件AquaLITE識別和測量膠體顆粒的運(yùn)動軌跡，測定真實流速。

2.4 孔內(nèi)成像

采用孔成像儀對檢測孔進(jìn)行觀測，主要分析PVC管內(nèi)壁雜質(zhì)富集情況以及孔內(nèi)水流紊亂情況，可以較為直觀地復(fù)合地下水流速測定結(jié)果。

2.5 示蹤試驗

向防滲墻上游鉆孔投入示蹤劑(食鹽)，在防滲墻下游多個鉆孔內(nèi)，測定其電導(dǎo)率，繪制時間—濃度曲線，確定上下游地下水連通性。

3 分析與結(jié)果

根據(jù)水庫運(yùn)行期間K1斷面處埋設(shè)的滲壓儀出現(xiàn)異常，現(xiàn)場水位觀測資料顯示，該部位水位略微高于兩側(cè)壩下觀測孔水位，因此將該部位為重點檢測部位。

3.1 水面以上部分

根據(jù)壩體滲漏特點，此次檢測將心墻裂縫以下過渡料劃分為壓力滲流帶、垂向滲流帶及飽和滲流帶。

根據(jù)K2鉆孔孔內(nèi)成像結(jié)果，穩(wěn)定水位(686.93m)以上高程686.582m處，PVC花管周邊孔洞內(nèi)地下水呈噴射狀涌入孔內(nèi)，其下部30cm內(nèi)花管周邊孔洞并未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象，其滲漏現(xiàn)象符合人為劃定的區(qū)域，因此可以判斷686.582m左右滲漏嚴(yán)重，心墻存在拉裂可能(見圖2)。

圖2 水面以上部分孔內(nèi)成像結(jié)果

3.2 水面以下部分

根據(jù)孔內(nèi)成像結(jié)果，水下部分高程681.00～682.00m出現(xiàn)粒子運(yùn)動非常紊亂的跡象，水下部分高程675.50m處，管壁附著物呈放射狀匯聚于下游部位孔洞，同時伴有懸浮物被吸著于孔壁之上。對比流速測定曲線，可以看出在高程681.00～682.00m及674.00～677.00m之間存在明顯的突變點，該部位流速高于其他部位，同時根據(jù)膠體粒子捕捉窗口，可以看到膠?？焖俅┻^，其流速已超過儀器測量范圍，477.00～681.00m之間主要以垂向流為主，綜合以上分析，水下部分681.00～682.00m及674～677.00m存在較強(qiáng)滲漏(見圖3)。

圖3 水面以下部分孔內(nèi)成像及流速測試對照結(jié)果

結(jié)合流速測試及孔內(nèi)成像結(jié)果，選取K1作為投源孔進(jìn)行了兩次分段式示蹤試驗。試驗參數(shù)見表1，結(jié)果見圖4。

表1 Ⅱ-Ⅱ′檢測斷面K1孔投源試驗參數(shù)

圖4 觀測孔電導(dǎo)率—時間關(guān)系曲線(K1投源孔)

根據(jù)示蹤試驗結(jié)果，第1次試驗中K4鉆孔內(nèi)地下水電導(dǎo)率在投源后逐步上升，由初始值380μS/cm逐步增大至520μS/cm左右，因此可以確定ZK3鉆孔高程670.00m以上部位與下游存在聯(lián)通通道；第2次試驗中K3、K4鉆孔內(nèi)地下水電導(dǎo)率基本無變化，ZK3鉆孔高程670.00～655.00m以上部位與下游不存在聯(lián)通通道。

結(jié)合流速測試、孔內(nèi)成像及示蹤試驗結(jié)果，可以確定Ⅱ-Ⅱ′檢測斷面681.00～682.00m及674.00～677.00m 存在較強(qiáng)滲漏。

4 處理方案及檢測效果

通過以上方法對大壩整體進(jìn)行檢測后，確定樁號0+050～0+115、0+410～0+435、0+475～0+530及0+260～0+330心墻部位及心墻與防滲墻接觸部位滲漏嚴(yán)重。2018年在心墻上游針對以上各部位采用雙排旋噴樁灌漿的方式進(jìn)行滲漏處理，處理過程中下游滲漏量急劇減少，截至到2018年10月防滲灌漿后期，壩下明流全部消失。滲流效果對比見圖5。

圖5 灌漿效果對比

5 結(jié)論與討論

采用流速測試、孔內(nèi)成像及示蹤試驗的綜合檢測方法，針對瀝青混凝土堆石壩滲漏部位確定，具有快速、準(zhǔn)確的特點。三座店水庫的應(yīng)用成果，驗證了此方法的合理性及可靠性。各種檢測結(jié)果的一致性，提高了檢測結(jié)果的精度，削減了由于檢測精度及施工工期等問題產(chǎn)生的水庫滲漏的處理成本，此方法可以為其他地區(qū)該壩型的滲漏檢測工作提供解決思路，為滲漏處理方案的制定提供基礎(chǔ)支撐。