水庫(kù)大壩滲漏探測(cè)及定向處理技術(shù)及應(yīng)用探究

何 熠

(庫(kù)車(chē)水務(wù)投資集團(tuán)有限公司，新疆 庫(kù)車(chē) 842000)

1 滲漏檢測(cè)技術(shù)及定向處理技術(shù)分析

1.1 滲漏檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

對(duì)于水庫(kù)大壩滲漏檢測(cè)技術(shù)的研究一直是水利工程中重要的研究課題。目前主流的探測(cè)技術(shù)可分為破損探測(cè)、無(wú)損探測(cè)，其中破損探測(cè)根據(jù)探測(cè)區(qū)域的不同又可分為坑探、槽探、鉆探及井探等，而無(wú)損探測(cè)是近幾年新興起的檢測(cè)技術(shù)，其原理是通過(guò)地球物理勘探技術(shù)針對(duì)不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)等條件，分析其中存在的地球物理異常場(chǎng)進(jìn)而確定病險(xiǎn)形成的主要原因。根據(jù)以往的研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)損探測(cè)技術(shù)在水庫(kù)大壩的病險(xiǎn)探測(cè)方面能夠進(jìn)行快速、連續(xù)的探測(cè)，并且能夠應(yīng)用于不同體量的水庫(kù)大壩的探測(cè)作業(yè)。地球物理勘探技術(shù)具有多種形式，如直流電阻率法、激電法、自然電場(chǎng)法、瞬變電磁法、探地雷達(dá)法、逆流場(chǎng)法、彈性波法、溫度場(chǎng)法、同位素示蹤法等，其中應(yīng)用最為廣泛的為直流電阻率法，其主要原理是通過(guò)檢測(cè)巖土體介質(zhì)電阻率中存在的差異來(lái)判斷病險(xiǎn)發(fā)生的位置：當(dāng)滲漏出現(xiàn)后，巖土體的含水率將不斷增加，而其電阻數(shù)值將呈現(xiàn)下降的狀態(tài)，進(jìn)而產(chǎn)生較大的電性差異，不過(guò)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，該方法具有一定的檢測(cè)盲區(qū)并且檢測(cè)的方式較為單一，通過(guò)該方法獲取的勘探結(jié)果存在精準(zhǔn)性較差的情況[1]。

隨著工程技術(shù)的不斷發(fā)展，電法勘探的出現(xiàn)為水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固提供了全新的思路。并行網(wǎng)絡(luò)電法本質(zhì)為實(shí)時(shí)性全電場(chǎng)勘探技術(shù)，能夠在供電的同時(shí)收集不同電極產(chǎn)生的自然電場(chǎng)、一次場(chǎng)、二次場(chǎng)等數(shù)據(jù)，其原理可以看作是將直流電阻率法與激電法的融合，具有較高的工作效率，并且不會(huì)受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境噪音以及檢測(cè)設(shè)備的影響或限制，進(jìn)而能夠獲得檢測(cè)過(guò)程中的全屬性數(shù)據(jù)，并且結(jié)合網(wǎng)絡(luò)并行技術(shù)，使所獲取到的數(shù)據(jù)更具有同步性、瞬時(shí)性，進(jìn)而提升了檢測(cè)過(guò)程中電阻率曲線(xiàn)的分辨率。并行網(wǎng)絡(luò)電法根據(jù)加電流形式的不同可分為單點(diǎn)供電法以及偶極子法，其中水庫(kù)大壩病險(xiǎn)探測(cè)主要采用單點(diǎn)供電法，其具有更快的測(cè)試速度以及讀寫(xiě)速度，可實(shí)現(xiàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的讀取。當(dāng)水庫(kù)大壩發(fā)生滲漏后巖土體含水率的增加將提升該區(qū)域的導(dǎo)電性，依據(jù)視電阻率以及反演電阻率圖中顯示的低阻區(qū)便可判定發(fā)生滲漏的位置。

1.2 定向處理工藝分析

土石壩的建筑工藝是將土料、石料或混合料進(jìn)行逐層地拋填、碾壓而成，由于采用的建筑材料呈現(xiàn)散粒體結(jié)構(gòu)，因此在正常狀態(tài)下存在較低的出溢點(diǎn)和滲漏量屬于正?，F(xiàn)象，不過(guò)若是抗?jié)B水平較差將會(huì)誘發(fā)滲透性破壞。在進(jìn)行土石壩的滲漏檢測(cè)時(shí)，通常會(huì)在大壩迎水坡、大壩以及背水坡等區(qū)域以平行于壩軸線(xiàn)的方式布設(shè)若干電法測(cè)站，并使用解譯模塊判讀各測(cè)線(xiàn)電阻率斷面數(shù)據(jù)，并將電阻率擬斷面以及真電阻率剖面進(jìn)行匯總，從而構(gòu)成電阻率斷面測(cè)網(wǎng)，并根據(jù)滲漏發(fā)生的區(qū)域以及詳細(xì)的滲流量，以及區(qū)域性阻值的差異判定滲漏的隱患病險(xiǎn)區(qū)、擴(kuò)大處理區(qū)以及正常區(qū)域，之后根據(jù)實(shí)際的滲漏情況以及水庫(kù)大壩工程各項(xiàng)數(shù)據(jù)、以往病險(xiǎn)加固情況等最終擬定出合理的防滲處理方案[2]。

針對(duì)壩頂防滲斷面的定向處理，需要根據(jù)大壩中不同區(qū)域中的電性狀態(tài)選擇使用的定向施工工藝以及鉆孔布局方案。其中對(duì)于隱患病險(xiǎn)區(qū)需要首先檢測(cè)出實(shí)際滲漏點(diǎn)位的滲漏高程，從而能夠更好地選取灌漿工藝及材料；在隱患的病險(xiǎn)區(qū)域作業(yè)中常采用雙排或多排形式的密集鉆孔措施，方式的選擇主要以實(shí)際的滲漏狀態(tài)而定；鉆孔注漿過(guò)程中應(yīng)注意觀(guān)察鉆孔的行進(jìn)速度，在一定情況下可進(jìn)行注水、壓力或者示蹤劑試驗(yàn)，驗(yàn)證實(shí)際的滲漏情況從而可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整灌漿工藝的應(yīng)用以及注漿漿液的配置比例，以獲得更好的滲漏處理效果；針對(duì)擴(kuò)大處理區(qū)域可采用適當(dāng)增加鉆孔之間的間距、減少排列數(shù)量的方案，通過(guò)灌漿處理后便可以實(shí)現(xiàn)加固大壩、防治滲漏繼續(xù)發(fā)展的作用；針對(duì)正常區(qū)域通常采用不影響水庫(kù)大壩原始運(yùn)行狀態(tài)的方式，無(wú)須進(jìn)行任何的處理[3]。

針對(duì)水庫(kù)大壩滲流病險(xiǎn)區(qū)域?qū)嵤z測(cè)及灌漿處理，通過(guò)檢測(cè)出灌漿靶區(qū)后以注漿鉆孔的方式獲取該區(qū)域?qū)嶋H的巖土體信息以校正探測(cè)的結(jié)果，以更好地選擇、調(diào)整注漿處理的方案，從而能夠達(dá)到理想的除險(xiǎn)加固效果。

2 滲漏探測(cè)及定向處理技術(shù)的應(yīng)用

2.1 工程案例

某山塘水庫(kù)總庫(kù)容為3.7×104m3，有效庫(kù)容為3.0×104m3，調(diào)洪庫(kù)容0.7×104m3，死庫(kù)容為0.5×104m3，大壩為堆石壩，壩體高度為17.5 m，壩長(zhǎng)50.0 m，壩頂寬度為5.5 m。該大壩在運(yùn)行期間發(fā)生滲漏病險(xiǎn)，采用套井回填實(shí)施過(guò)處理，但并未實(shí)施帷幕灌漿工藝，當(dāng)前大壩壩腳排水棱體區(qū)域具有顯著滲流情況發(fā)生，并且該山塘水庫(kù)大壩老涵管區(qū)域的套井曾發(fā)生過(guò)塌孔事故，處理方式為水泥黏土回填，但套井處理深度未達(dá)到巖基；樁號(hào)K0+018～K0+020段上游基礎(chǔ)大放腳區(qū)域發(fā)生過(guò)塌方。

2.2 滲漏探測(cè)

本次除險(xiǎn)加固工程中滲漏的探測(cè)電法測(cè)線(xiàn)布置方式(如圖1)為沿大壩軸向設(shè)置4條位于背水坡的測(cè)線(xiàn)。其中1#測(cè)線(xiàn)布置于沿頂軸線(xiàn)下游布置，供電電極距設(shè)置為1.0 m，總長(zhǎng)度為50 m；2#測(cè)線(xiàn)布置于壩背水側(cè)距壩頂2 m，供電電極距設(shè)置為1.0 m，總長(zhǎng)度為50 m，且與1#測(cè)線(xiàn)平行相距1.5 m；3#測(cè)線(xiàn)布置于背水坡一側(cè)，供電電極距設(shè)置為1.0 m，總長(zhǎng)度為50 m，此側(cè)線(xiàn)高程為136 m；4#測(cè)線(xiàn)布置于下游一級(jí)馬道以上壩坡，供電電極距設(shè)置為1.0 m，總長(zhǎng)度為45 m，此側(cè)線(xiàn)高程為128 m。滲漏探測(cè)方式采用單點(diǎn)供電法。

圖1 滲漏的探測(cè)電法測(cè)線(xiàn)布置方式

根據(jù)電法探測(cè)判讀的結(jié)果顯示，大壩溢洪道、涵管區(qū)域出現(xiàn)低阻區(qū)，存在滲漏的可能性，其中涵管區(qū)域中低阻區(qū)出現(xiàn)的范圍及深度尤為顯著，因此可以判斷其與下游的滲漏電存在一定的聯(lián)系性。通過(guò)對(duì)比2#測(cè)線(xiàn)與套井剖面可以發(fā)現(xiàn)，舊涵管右側(cè)16 m套井為塌孔區(qū)域，而右側(cè)10 m區(qū)域中存在連續(xù)的塌孔；所探測(cè)區(qū)域?qū)儆跐B流較弱區(qū)域，結(jié)果與探測(cè)區(qū)低阻相符合；滲漏水流呈現(xiàn)出由左岸向右岸方向偏移。大壩溢洪道周?chē)鷫误w與壩基同樣存在輕微滲漏問(wèn)題。根據(jù)以上探測(cè)結(jié)果可以評(píng)價(jià)出該大壩存在較大的病險(xiǎn)威脅，為了保障水庫(kù)大壩以后運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性以及發(fā)揮應(yīng)有的效益需要對(duì)其進(jìn)行必要的防滲處理。2#測(cè)線(xiàn)剖面與套井剖面對(duì)比結(jié)果如圖2所示。

圖2 2#測(cè)線(xiàn)剖面與套井剖面對(duì)比結(jié)果

2.3 防滲處理方案及技術(shù)要求

根據(jù)探測(cè)結(jié)果確定，大壩實(shí)施灌漿處理的區(qū)域?yàn)镵0+004.～K0+048.4，長(zhǎng)度為53.1 m，具體技術(shù)要求為：采用單排灌漿孔灌漿，孔位的中心線(xiàn)與大壩套井中重合，各關(guān)注孔間距為1.5 m；施工時(shí)按照三序灌漿施工，如有需要可補(bǔ)孔灌注；灌注孔的深度需達(dá)到相對(duì)不透水層2 m區(qū)域；在大壩壩頂布設(shè)四處檢查孔。灌注漿是由20%325#普通硅酸鹽水泥配制的黏土漿，為了提升灌注漿的強(qiáng)度以及減少凝固時(shí)間可加入一定比例的速凝劑；黏土含量占比總干土重的30%以上；灌注漿總含砂率需低于30%，密度為1.4～1.6 kg/m3，黏度30～60 mPa·s，含水量70～90 ml/kg；漿液灌注壓力為0.05～0.10 MPa(實(shí)際灌注壓力可根據(jù)灌注深度或作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整)。填充灌漿段的長(zhǎng)度通常為5.0 m，施工中采用一次成孔作業(yè)，灌漿管底口伸入灌漿段內(nèi)1.5 m，自下而上分段灌漿，最后灌漿施工區(qū)域?yàn)閴雾斠韵? m區(qū)域。實(shí)施灌漿時(shí)首先采用1.3 g/cm3的稀漿緩慢灌注，之后再提升灌漿的速度，并根據(jù)規(guī)范調(diào)整灌漿以及復(fù)灌，復(fù)灌應(yīng)≥3次，每次持續(xù)1～2 d。

3 滲漏處理效果分析

對(duì)水庫(kù)大壩的滲漏檢測(cè)結(jié)果顯示，該大壩為強(qiáng)/中透水性，定向灌漿處理后通過(guò)檢查孔的注水試驗(yàn)結(jié)果顯示，壩體透水性呈現(xiàn)為弱性，大壩滲透性顯著降低，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。定向灌漿處理大壩檢查孔1注水試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

通過(guò)對(duì)水庫(kù)大壩定向灌漿處理前后的庫(kù)水位與滲漏點(diǎn)流量數(shù)據(jù)的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，定向灌漿處理前最大滲流量為5.65 L/s，而定向灌漿處理后將降至0.35 L/s，滲流量下降了93.8%，由此可見(jiàn)大壩滲漏處理效果極為顯著。水庫(kù)大壩定向灌漿處理前后的庫(kù)水位與滲漏點(diǎn)流量數(shù)據(jù)的對(duì)比如圖3所示。

圖3 水庫(kù)大壩定向灌漿處理前后的庫(kù)水位與滲漏點(diǎn)流量數(shù)據(jù)的對(duì)比

根據(jù)以上滲漏處理效果分析顯示，該大壩在經(jīng)過(guò)定向灌漿處理后其滲透性能得到顯著的改善，水庫(kù)能夠達(dá)到較高水位的蓄水需求，并且滲漏區(qū)域得到有效的封堵，對(duì)水庫(kù)大壩的安全運(yùn)行具有重要的作用。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)土石壩滲漏病險(xiǎn)采用并行網(wǎng)絡(luò)電法滲漏探測(cè)技術(shù)，對(duì)滲漏區(qū)域?qū)嵤┒ㄏ蛱幚砟軌蛉〉蔑@著的除險(xiǎn)加固效果，根據(jù)實(shí)際工程案例分析結(jié)果顯示：并行網(wǎng)絡(luò)電法滲漏探測(cè)能夠準(zhǔn)確地獲取大壩滲漏范圍及深度等參數(shù)，并可有效追蹤出滲漏通道與具體的流向；采用定向灌漿處理能夠有效地降低水庫(kù)大壩的滲漏情況，具有重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值；通過(guò)驗(yàn)證后可以發(fā)現(xiàn)并行網(wǎng)絡(luò)電法滲漏探測(cè)結(jié)合定向灌漿處理在水庫(kù)大壩的病險(xiǎn)處理方面具有重要的作用及意義。