綜合物探技術在大壩壩基滲漏探測中的應用

張瑜鵬，夏志強，榮 鑫

(浙江省水利水電勘測設計院有限責任公司，浙江 杭州 310002)

老石坎水庫位于湖州市安吉縣孝豐鎮(zhèn)西南10km處的西苕溪支流南溪上，壩址以上控制南溪流域面積258km2。水庫正常蓄水位117.0m(吳淞高程)，總庫容1.14億m3，是一座以防洪為主，結合供水、灌溉、發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用的大(2)型水庫。該水庫作為安吉縣水利基礎設施中重要組成部分，擔負著該縣防洪、發(fā)電等重要任務，在促進當?shù)亟洕l(fā)展、改善農業(yè)生產條件等方面發(fā)揮著巨大的作用。近期發(fā)現(xiàn)水庫水位漲至120.5m時壩下發(fā)生滲漏水現(xiàn)象，不僅影響到水庫使用功能的正常發(fā)揮，且也會給水庫的運行留下安全隱患，甚至造成不可挽回的損失，故查明其滲漏原因，對水庫安全運行有重要意義[1]。

水庫大壩壩基滲漏探測多采用鉆探法、探地雷達法及高密度電法等手段，其中鉆探法作為最直接的勘察方法，其成果較為直觀準確，但大面積鉆探效率低，場地條件要求高，成本較高，且施工影響大。物探作為現(xiàn)今工程勘察行業(yè)的前沿性技術，具有精度高、速度快、受場地限制小等特點，對探測目標不會造成損傷，在水庫大壩這類重要建筑物的工程勘察中具有一定的探測優(yōu)勢[1- 4]。基于物探手段對探測地質體解析的多解性和特殊性，采用多種物探手段聯(lián)合勘探的綜合物探法能提高勘探精度，以達到最終的定性及定量解釋的目的[5]。本文主要結合工程實例，圍繞綜合物探法在壩基滲漏探測中的應用進行分析，過程中結合鉆探法及鉆孔電視的直觀驗證，以提高整體探測成果的準確性，其成果可為類似工程提供參考。

1 工程概況

老石坎水庫壩址位于西苕溪支流南溪、老石坎村上游約2km處。壩址區(qū)河谷底寬為380m。受臺風天氣影響，水庫水位漲至120.5m時壩下產生滲漏水?，F(xiàn)場查勘見原刺墻上有一近直立的縱向裂縫，寬約1～3cm，深度不詳，初步分析，可能由于刺墻或者倒掛井開裂產生漏水通道而引起。為查明壩址右岸滲漏原因及滲漏通道位置及其相關聯(lián)的主要工程地質問題并作出初步評價，本次工程物探工作采用地質雷達、鉆孔電視、超高密度電法相結合的綜合物探方法。

本次探測區(qū)域為泄洪閘左側0+297.4m到泄洪閘右側0+397.4m的倒掛井防滲墻部分，長度為78.8m，其中0+358～0+379.2m范圍為泄洪閘。倒掛井設計為低彈模混凝土，井下為鈣質頁巖。

2 物探工作原理及測線布置

2.1 地質雷達原理

地質雷達探測原理如圖1所示，根據(jù)電磁波在有耗介質中的傳播特性，發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻脈沖電磁波(MHz～GHz)，當其遇到地下不均勻體或界面時會反射一部分電磁波回來，其反射系數(shù)主要取決于地下介質的介電常數(shù)，雷達主機通過對此部分的反射波進行適時接收和處理，達到探測識別地下目標物的目的[6- 7]。本次地質雷達探測天線主頻為50MHz的非屏蔽天線和100MHz屏蔽天線，50MHz天線測量采用時間間隔方式，觸發(fā)時間間隔0.2s，采樣時窗947ns，采樣點數(shù)512個，疊加次數(shù)64次；100MHz天線測量采用滾動測量方式，點距0.05m，采樣時窗449ns，采樣點數(shù)480個，疊加次數(shù)8次。

2.2 鉆孔電視原理

鉆孔電視觀察利用儀器探頭、深度計數(shù)裝置將鉆孔孔壁的圖像、裂隙方位及深度攝錄下來，通過地面控制操縱探頭的轉向及焦距，利用井下高清晰攝像頭探頭對孔壁進行360°全方位拍攝，記錄下鉆孔孔壁的全斷面隨深度變化的圖像。通過專用軟件對拍攝的孔壁圖像進行編輯分析處理，為保證拍攝質量，觀察過程中井下電視拍攝速度一般控制在每分鐘1.0～1.5m以內。

2.3 超高密度電法原理

超高密度電法工作原理屬電阻率的范疇，是一種陣列式勘探思想[8- 9]，野外測量時只需將全部電極(幾十至上百根)置于測點上，通過多芯電纜把所有電極連接至儀器，然后利用程控電極轉換開關和微機工程電測儀便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動采集，數(shù)據(jù)采集方式是分布式的，當將測量結果送入微機后，還可對數(shù)據(jù)進行處理并給出關于視電阻率等值線圖或真電阻率反演剖面等各種圖示結果[10- 11]。本次探測采用多通道、超高密度直流電法儀。

2.4 測線布置

在本次大壩壩基滲漏探測過程中，勘察方法操作嚴格遵循SL 326—2005《水利水電工程物探規(guī)程》內的技術要求實施，在泄洪閘左右兩岸沿大壩軸線布置了地質雷達測線2條，分別為自鉆孔ZK右13至ZK右1及自鉆孔ZK左1至ZK左45。超高密度電法與鉆孔電視皆在各鉆孔內進行，具體平面布置如圖2所示。

圖1 地質雷達檢測原理示意圖

圖2 平面布置圖

3 綜合物探成果分析

3.1 地質雷達成果分析

本次地質雷達成果分析選取泄洪閘左岸測線，泄洪閘左岸50M天線的地質雷達剖面圖如圖3所示，測線沿倒掛井ZK左1至ZK左45。可以看到圖中反射波同相軸連續(xù)性好，地質雷達波的能量橫向分布比較連續(xù)；圖中橢圓范圍內反射能量較強，呈多次反射，經現(xiàn)場排查，異?，F(xiàn)象為測線拐彎的干擾影響造成，橢圓區(qū)域右側的拋物線右翼多次反射同樣為測線拐彎的干擾；剖面深部能量較弱，無明顯混凝土缺陷異常。

泄洪閘左側100M天線的地質雷達剖面圖如圖4所示，測線位置與閘左50M天線相同?？梢钥吹綀D中反射波同相軸連續(xù)性好，地質雷達波的能量橫向分布比較連續(xù)；在350ns左右有兩條強反射同相軸，深度約17.5m，推測為地下水位線；剖面深部能量較弱，無明顯混凝土缺陷異常。

3.2 鉆孔電視成果分析

鉆孔電視是通過觀察鉆孔孔壁圖像，以了解孔內混凝土缺陷及基巖巖性及裂隙分布等情況，再通過內業(yè)整理，提供鉆孔混凝土或巖體觀察圖片及電視觀察缺陷剖面圖。

(1)ZK左33鉆孔

ZK左33鉆孔電視范圍0～40.19m(高程124.52～84.33m)，其中0～15.95m為混凝土，混凝土段較完整，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷；15.95～16.20m為混凝土與巖石接觸面，接觸面膠結較好。接觸面情況見表1。

圖3 閘左50M天線地質雷達剖面圖

圖4 閘左100M天線地質雷達剖面圖

表1 ZK左33混凝土及混凝土與基巖接觸面鉆孔電視成果

16.20～40.19m為鈣質頁巖，根據(jù)鉆孔電視成果資料分析，16.40～26.50m為強風化基巖、26.50～31.50m為弱風化基巖、31.50m以下為微風化基巖。其中強風化基巖較為破碎，多次因破碎產生空洞，弱風化基巖部分破碎，微風化基巖較完整?；鶐r不同風化程度展示圖見表2。

(2)ZK左23

ZK左23鉆孔電視范圍0～38.94m(高程124.52～85.58m)，其中0～12.57m為混凝土，混凝土段較完整，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷；12.57～12.69m為混凝土與巖石接觸面，接觸面膠結較好。接觸面情況見表3。

12.69～38.94m為鈣質頁巖，根據(jù)鉆孔電視成果資料分析，12.69～22.20m為強風化基巖、22.20～28.2m為弱風化基巖、28.20m以下為微風化基巖。其中強風化基巖較為破碎，多次因破碎產生空洞，弱風化基巖部分破碎，微風化基巖較完整?；鶐r不同風化程度展示圖見表4。

表2 ZK左33不同風化程度基巖鉆孔電視成果

表3 ZK左23混凝土及混凝土與基巖接觸面鉆孔電視成果

表4 ZK左23不同風化程度基巖鉆孔電視成果

3.3 超高密度電法成果分析

結合鉆探及鉆孔電視的直觀成果，本次超高密度電法成果分析選取鉆孔ZK左33～鉆孔ZK左23電法剖面圖，經數(shù)據(jù)采集及處理，該剖面的真電阻率如圖5所示，剖面的縱軸為深度，橫軸為平距，單位皆為m。

圖5 鉆孔ZK左33～鉆孔ZK左23電法剖面圖

根據(jù)鉆探成果及ZK左33～ZK左23孔間電法剖面圖，ZK左33孔深15.0m以上～ZK左23孔深13.3m以上范圍，電阻率相對較低，探揭露該處為塑性混凝土防滲墻，分析認為該處防滲墻完整。兩孔之間，ZK左33深度15.0～27.0m至ZK左23深度13.3～23.4m，視電阻率相對較高，鉆探揭露該處為風化破碎的強風化基巖，分析認為該處灌漿效果較好，呈高阻反映。ZK左33深度27.0～31.2m至ZK左23深度23.4～29.6m，視電阻率相對較低，鉆探揭露該處為弱～微風化基巖，分析認為該處灌漿未完全或漿液固結效果差，局部仍存在層狀滲漏通道。ZK左33孔深31.2m以下～ZK左23深度29.6m以下，視電阻率較高，鉆探揭露該處為微風化基巖，較完整。

通過對上述探測成果，并結合現(xiàn)有地質資料綜合分析，可以得出：

(1)倒掛井混凝土段為塑性混凝土，視電阻率較低，3種物探方法皆未探測到明顯異常，分析倒掛井混凝土段基本完整。

(2)接觸帶強風化基巖的鉆孔電視圖像顯示巖體較為破碎，多處因破碎產生空洞，但超高密度電法剖面揭示該深度視電阻率一般較高，分析該深度段普遍灌漿效果較好；強風化基巖深部的鉆孔電視圖像顯示巖體較為破碎，多見空洞且超高密度電法剖面揭示存在眾多低阻帶或低阻體，分析部分區(qū)域該深度灌漿未完全或漿液固結效果差，存在層狀滲漏通道。

(3)深部弱風化-微風化帶基巖的鉆孔電視圖像顯示巖體較完整，且視電阻率較高，分析該深度基巖較完整。分析結果與地質鉆探資料基本吻合。

上述結果表明，老石坎水庫壩基滲漏綜合探測成果精度高，發(fā)現(xiàn)壩底強風化基巖為主要滲漏路徑，為老石坎水庫工程的安全提供了保障。

4 結論

(1)以地質雷達、鉆孔電視和超高密度電法為主體的綜合物探方法，結合地質鉆探工作，有效查明了老石坎水庫壩下滲漏主要為壩基滲漏，推測為無集中滲漏通道。

(2)采用綜合物探技術在大壩壩基滲漏探測方面取得了良好的成果，多種方法既可以相互佐證，又能在調查深度上互為補充。超高密度電法和地質雷達可準確反映內部微觀變化，鉆孔電視對內部建筑物及地層結構有直觀的體現(xiàn)。

(3)物探方法作為間接的地質探測方法，地形、電磁等干擾因素較多，多種物探方法相互結合，發(fā)揮各類方法的優(yōu)勢，以達到提高探測效果和解析精度的目的。