基于水庫大壩滲漏探測及定向處理技術及應用

徐生凌

（新疆昌吉回族自治州呼圖壁河流域管理處）

1 工程概況

本次研究的水庫以灌溉為主要任務，水庫樞紐由大壩和溢洪道以及壩下涵管等組成。大壩為粘土心墻壩，壩頂高程為423.5 m，最大壩高為10.35 m，壩頂寬為6.0 m，壩長為10 500 m，大壩的左側為溢洪道，右側布設壩下涵管。通過對現(xiàn)場深入的調(diào)查，顯示大壩在運行時，其大壩左側下游坡腳的排水溝出現(xiàn)的漏水情況最為嚴重，由此致使大壩的蓄水位低下，滲漏量最大的點在溢洪道起的35 m 位置。由于無法明確造成滲漏的主要區(qū)域位置及原因，所以采取并行電法進行探測，并以此來提出科學的治理方案。

2 滲漏探測和定向處理分析

2.1 并行電法技術

依據(jù)不同的施加電流方法，并行電法有兩種不同的采集方法，即單點供電法與偶極子法兩種采集方式。本次對水庫的滲漏探測使用單點供電法，具體如下圖1 所示，采集時，電極B 只具備建立電流回路的功能而被置于無窮遠處。依據(jù)協(xié)議發(fā)布供電的命令，促使任意的電極（電極1）為供電的狀態(tài)，而其它的測量電極（電極2～n）則進行采集同步的電位數(shù)據(jù)，然后供電和采集有機組合，全部電位的數(shù)據(jù)和參比電極N 進行歸一化電位差的相應處理，進而得出二極和三極以及分辨較高的三維數(shù)據(jù)體，進一步提升解譯的精度。

圖1 單點供電法工作原理

2.2 定向處理法

土石壩的基本構成主要是土石混合的顆粒，并且經(jīng)過分層進行碾壓而成，填筑使用的材料為散粒體結構，并且出溢點非常低下，出現(xiàn)較小的滲漏量是符合標準的，但是大壩的壩體和巖基抗?jié)B的性能降低會逐步演變成經(jīng)滲透而破壞的病險水庫。通常情況下在迎水壩坡和壩頂以及下游壩坡等位置沿平行大壩軸線方向建立多條電法測站，使用解譯的模塊對數(shù)據(jù)加以有效的處理和分析，再對各測線的電阻率斷面開展有序的集成，電阻率的斷面測網(wǎng)予以呈現(xiàn)。觀察電阻率擬斷面圖，真電阻率的剖面并與滲漏點和滲漏量相結合，將電阻率的剖面劃分為隱患病險區(qū)和擴大處理區(qū)以及正常區(qū)，再與大壩的結構和歷年的處理相結合給出科學合理的處理建議。根據(jù)對已采用該方法和不采用該方法對病險水庫進行防滲的處理結果顯示：采用該方法的灌漿孔所消耗的漿量達到全部工程的耗漿量95%，而防滲的流量也高達95%，進一步表明使用定向灌漿處理的重要作用。

于大壩的壩頂防滲斷面上，對不同電性的區(qū)域使用相應的定向處理和鉆孔，判斷隱患病區(qū)出現(xiàn)滲漏的高程，為選擇灌漿形式提供重要的參考依據(jù)。隱患病區(qū)采取多排密集型的鉆孔，然后依據(jù)實際的滲漏現(xiàn)象使用多排防滲的解決措施。在鉆孔過程中對鉆進的速率進行仔細觀察，并開展注水和壓水的實驗，分析滲漏點水質(zhì)水量的變化，對灌漿的工藝與漿液比進行相應的調(diào)整，提高對隱患區(qū)封堵的效果；若滲漏區(qū)擴大則使用提高間距的鉆孔布局，減少排列的數(shù)目，使用簡單的灌漿技術，進一步對大壩進行加固及排出遺漏；依據(jù)不破壞原始安全運行的標準，對正常的區(qū)域不使用鉆孔布局，進而避免造成浪費。通過利用探測和灌漿結合，經(jīng)過探測出灌漿的靶區(qū)后進行注漿鉆孔，然后揭露土體的實際分布和狀態(tài)以及灌漿的主要數(shù)據(jù)，以此反饋并修正探測的成果，最終提升了探測的精度，有效避免傳統(tǒng)灌漿技術效果差的問題。

3 定向處理的應用和評價

3.1 結果分析和處理

通常情況下，大壩電性以層狀的分布形式從淺到深，而滲流弱區(qū)則與周圍介質(zhì)表現(xiàn)為低阻異常，而壩基和左右岸的山體阻值表現(xiàn)較高，此是并行電法進行查漏的基礎，把收集的數(shù)據(jù)通過一定的處理而得到視電阻率的斷面圖。將橫軸的起點設為左岸溢洪道的右邊墻，而測線的水平線為縱軸，等值線則呈現(xiàn)視電阻率的變化情況。由于壩頂為預制磚塊，所以上表層的視電阻率大，大壩的低阻區(qū)則分布于0～40 m 段和60～100 m 段。利用兩條測線在不同的高程下一體化勾勒出滲漏的分布。由于庫水位和壩頂間的距離為2.3 m，以及壩腳的溢出點位置，把大壩的5～25 m 段設定為隱患病區(qū)，推測滲漏是壩體的下部和基巖填筑不密有關聯(lián)，因此建議使用水泥粘土的定向低壓充填進行灌漿，而對接觸帶則采取接觸灌漿進行處理。

3.2 定向處理的過程和評價

3.2.1 定向孔位的設計和施工

依據(jù)上述并行電法的結果和建議對水庫的滲漏開展定向灌漿的有效處理。依據(jù)隱患病區(qū)進行上下2 排的灌漿孔布局，間距控制在3 m，下排則處在大壩的心墻部位，灌漿的孔距控制在1.5 m，然后分三序進行施工，上排則在壩頂?shù)钠嫌?，距離心墻軸線1.3 m，孔距控制7.5 m，分成兩序進行施工，如下圖2所示，在進行灌漿時，順序應當以先下排后上排，先Ⅰ序孔，后Ⅱ序孔、再Ⅲ序孔，最后灌補孔，依據(jù)實際的現(xiàn)場情況可對鉆孔的間距與序次進行調(diào)節(jié)。

3.2.2 堵漏實施

為明確水庫大壩的土層與滲流的薄弱位置，先開展先導孔的實驗。將先導孔布設于大壩的正常區(qū)，壩體的巖土層從上到下分別為0～13.5 m 的范圍為粉質(zhì)粘土、13.5～14.5 m 的范圍為壩基強風化碎石土、14.5～20.0 m 的范圍為壩基弱風化段紅砂巖，吃漿量總共0.9 t，如下表1 所示。另外，大壩的壩體段，其視電阻率高是因為壩體的填料粗粒多，浸潤線低有關。

表1 鉆孔的平面距離與灌注漿量

在灌漿時，水庫的水位和流量依時間的變化而變化，在鉆孔開始時的水位47.54 m，量水堰流量1.45 L/s，在對鉆孔I4 和I1 進行灌漿后滲漏量降低到1.04 L/s，而在鉆孔I2 注漿時在下游位置出現(xiàn)了漿液，通過調(diào)整灌漿的順序對Ⅱ2 注漿后顯示壩腳的滲漏量下降到0.05 L/s，只有初滲的3.4%，符合大壩允許的滲漏標準。鉆孔補1 和補2 以及補3 顯示壩基強風化帶的裂隙發(fā)育，而在灌漿后的滲漏量下降較小。需要關注的是對Ⅲ1 進行鉆孔注漿時顯示孔Ⅲ6冒漿，由于漿液基本從優(yōu)勢的通道進行擴散，進而說明薄弱區(qū)在兩個鉆孔之間，與定向灌漿的結果相結合，水庫的大壩滲漏主要在K0+007 至K0+022 段，滲漏的位置在壩體段，和探測的結果相同，進而表明并行電法對滲漏進行探測的準確性和可行性。

3.2.3 灌漿質(zhì)量的評價

當全部工程進行定向處理結束后，于水庫大壩的核心滲漏位置建立檢查的孔為檢1 和檢2，檢1在孔位Ⅱ2和Ⅲ3之間，檢2 則在Ⅰ3和Ⅲ6之間，根據(jù)大壩的注水和壓水的滲透系數(shù)作為判斷透水的程度標準，具體結果如下表2 所示。通過定向的處理，大壩深度3 m 以下的滲透屬于微透水，進一步證明了水庫大壩的壩體和巖基在經(jīng)過灌漿之后，顯著提高了質(zhì)量。

表2 定向灌漿質(zhì)檢

為了驗證在長時間的運行下水庫的防滲效果，避免已經(jīng)完成堵滲的通道再一次出現(xiàn)滲漏的情況，多次使用并行電法對水庫進行檢測。根據(jù)檢測的結果顯示，水庫的水位在略低定向處理的庫水位時，壩腳的原滲漏位置沒有顯示明流，進而表明水庫可以正常的進行蓄水和運行。根據(jù)壩頂?shù)姆罎B斷視電阻率圖的結果顯示，原水庫的大壩核心滲漏區(qū)出現(xiàn)的低阻異常完全的消失，并且壩體的視電阻率非常的平衡均勻，沒有出現(xiàn)明顯的低阻異常。進而說明，水庫的隱患在進行防治處理中運用并行電法和定向處理的效果較好，并且可行性非常高。

4 結論

綜上所述，通過對大壩進行滲漏的探測檢查，依據(jù)視電阻率的大小把大壩分成三個區(qū)，即核心的滲漏區(qū)和影響區(qū)以及健康區(qū)，然后再使用定向處理技術進行處理，而在灌漿時提高對滲漏區(qū)的孔距，并增加一定的排列來提高質(zhì)量，在處理后滲漏的情況顯著好轉，達到預期的目標。水庫進行滲漏的探測和定向處理融合了查漏和堵漏，進而快速的鎖定滲漏區(qū)和定向處理，最終解決滲漏的難題，減少了工期和降低了成本，并且防滲的效果十分顯著，因此可進一步推廣。