桃園凹塘壩滲漏探測(cè)分析和處置對(duì)策

李衛(wèi)忠，錢萬春，祖安君

（1.常州市金壇區(qū)水利局薛埠水利管理服務(wù)站，江蘇 常州 213200；2.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029；3.水利部大壩安全管理中心，江蘇 南京 210029）

土壩滲漏問題是威脅大壩安全性的重要因素，不僅需要對(duì)在建的水利工程加強(qiáng)防滲加固的工作，還需要對(duì)出現(xiàn)隱患或者發(fā)生滲漏的工程及時(shí)補(bǔ)救，進(jìn)行搶險(xiǎn)修復(fù)，保證工程安全。探明隱患部位并分析滲漏原因是對(duì)堤壩滲漏進(jìn)行加固修復(fù)的重要前提。然而，由于土壩結(jié)構(gòu)和工作條件不盡相同，且需要檢測(cè)的規(guī)模大、范圍廣，土壩隱患及滲漏病害具有組合性和隱蔽性的特點(diǎn)，因此防滲隱患的探測(cè)仍然是水利工程安全領(lǐng)域的一大技術(shù)難題。

目前，堤壩出現(xiàn)隱患發(fā)生滲漏的搶險(xiǎn)修復(fù)技術(shù)主要有復(fù)合土工膜加固法和鉆孔灌漿法等方式。對(duì)于灌漿加固的修復(fù)措施，由于滲漏通道一般位于大壩內(nèi)部，無法直接判別灌注材料是否到達(dá)隱患發(fā)生滲漏處，隱患的修復(fù)效果只能通過觀察和測(cè)定滲流量是否減少或鉆孔取芯測(cè)定滲透系數(shù)來測(cè)定，且這兩種手段有一定的滯后性，無法直接觀察隱患的修復(fù)效果。同時(shí)，部分工程隱患存在洪水期發(fā)生滲漏，枯水期無滲漏的現(xiàn)象，因而在枯水期對(duì)隱患進(jìn)行修復(fù)時(shí)無法通過觀察滲流量大小來判定修復(fù)效果，只能等待洪水期的到來，而無法及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救。因此，研究一種能直接對(duì)隱患的修復(fù)效果進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)的方法十分必要。高密度電法具有數(shù)據(jù)采集效率高，提供的地電斷面信息豐富，探測(cè)斷面成果圖直觀等優(yōu)點(diǎn)，較適合于均質(zhì)土壩滲漏探測(cè)［1］，因此，結(jié)合桃園凹塘壩工程實(shí)際情況，采用高密度電法探測(cè)大壩滲漏情況［2-5］。

1 工程概況

桃園凹塘壩位于金壇區(qū)薛埠鎮(zhèn)茅庵村，屬太湖流域，建成于1984 年6 月，集水面積0.25 km2，總庫容10.29萬m3。防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水設(shè)計(jì)，200年一遇洪水校核。正常蓄水位與汛限水位為31.90 m（青島高程，下同），設(shè)計(jì)洪水位32.49 m，校核洪水位32.72 m。樞紐工程主要由1座大壩、1座溢洪道和1座輸水涵洞組成。大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程33.90 m，壩頂長(zhǎng)160 m、寬4.0 m，最大壩高7.9 m。上游壩坡在高程32.40 m 設(shè)平臺(tái)，平臺(tái)上下坡比分別為1∶2.5、1∶3.0，分別采用干砌石與草坪磚護(hù)坡；下游坡坡比為1∶3.0，采用草皮護(hù)坡。

桃園凹塘壩于2018 年11 月至2019 年8 月進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，但未對(duì)大壩采取防滲措施，加固后大壩仍存在滲漏問題，滲漏區(qū)域?yàn)橄掠螇纹伦髠?cè)與中部區(qū)域。2020 年針對(duì)2 處滲漏部位進(jìn)行了純水泥灌漿處理，但效果并不明顯，滲漏部位與范圍仍未發(fā)生變化，其中中部滲漏區(qū)域面積較大，出逸點(diǎn)較高。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查

為全面摸清大壩滲漏現(xiàn)狀，2021 年4 月16 日，相關(guān)工程技術(shù)人員對(duì)桃園凹塘壩進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢查，檢查當(dāng)日庫水位31.22 m，天氣晴。各樁號(hào)以左壩頭壩頂路面起點(diǎn)為樁號(hào)0+000為參照進(jìn)行量測(cè)。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，下游坡共有2 處散浸、滲水區(qū)域，其中一處為樁號(hào)0+029～0+040、高程27.64～29.26 m區(qū)域，總面積約56 m2，檢查當(dāng)日該區(qū)域局部存在滲水現(xiàn)象；另一處為樁號(hào)0+070～0+103、高程26.61～29.98 m 區(qū)域，總面積約285 m2，檢查當(dāng)日該區(qū)域未見散浸、滲水，但根據(jù)管理人員介紹，庫水位接近正常蓄水位31.90 m時(shí)此區(qū)域滲水嚴(yán)重。

3 高密度電法探測(cè)

3.1 探測(cè)方案

桃園凹塘壩大壩高密度電法探測(cè)儀器為ABEM Terrameter LS 2 地電成像系統(tǒng)，因大壩滲漏范圍較大，且大壩總長(zhǎng)僅160 m，在壩頂布置高密度電法測(cè)線對(duì)全壩段進(jìn)行探測(cè)。探測(cè)斷面位于壩頂下游路肩處，因地形限制，測(cè)線至溢洪道后垂直于壩軸線沿下游壩坡布置，累計(jì)有效探測(cè)范圍為樁號(hào)0+000～0+130 段。測(cè)線布置情況見表1 及圖1。因桃園凹塘壩最大壩高7.9 m，為取得較高探測(cè)精度，電極間距為1 m，電極陣列采用“溫納”模型［6］。

圖1 桃園凹大壩高密度電法探測(cè)斷面布置

表1 桃園凹塘壩探測(cè)斷面特性

3.2 探測(cè)成果

采用Res2dinv 3.54 程序?qū)μ綔y(cè)成果進(jìn)行模型反演與成果后處理，數(shù)據(jù)反演基于平滑抑制的最小二乘優(yōu)化算法，反演成果見圖2。云圖橫坐標(biāo)為樁號(hào)（測(cè)線長(zhǎng)度），縱坐標(biāo)為深度，均采用常數(shù)坐標(biāo)軸。云圖中的電阻率等值線標(biāo)準(zhǔn)列于云圖右側(cè)采用色階表示，圖中直線為根據(jù)地勘資料確定的近似壩體、壩基分界線。

圖2 桃園凹大壩高密度電法探測(cè)云圖［電阻率/（Ω·m）］

大壩主要填筑材料與壩基均為粉質(zhì)壤土。根據(jù)《堤防隱患探測(cè)規(guī)程》（SL436—2008），亞黏土電阻率為10～100 Ω·m。粉質(zhì)壤土與亞黏土特性接近，其電阻率與壓實(shí)度、含水量、含砂量密切相關(guān)，壓實(shí)度越高，電阻率越大；含水率越高，電阻率越??；含砂量越高，電阻率越大。含水亞黏土電阻率一般小于10 Ω·m，基于此對(duì)探測(cè)成果進(jìn)行分析。

由探測(cè)云圖可知：

（1）圖中共有2處“低阻異常區(qū)”，分別位于樁號(hào)0+000～0+065（大壩左側(cè)）、0+080～0+092（大壩中部）的壩體和壩基區(qū)域，應(yīng)為大壩滲流薄弱部位。

（2）與壩體中部的“低阻異常區(qū)”相比，左岸部位的“低阻異常區(qū)”面積更大，其中樁號(hào)0+000～0+025 電阻率更小，電阻率小于20 Ω·m，該部位主要位于左岸山體以及與壩體接觸部位，應(yīng)為滲流較為薄弱部位，與現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)的“左側(cè)壩坡散浸、滲水部位”存在較強(qiáng)相關(guān)性。大壩左側(cè)的“低阻異常區(qū)”表明左壩肩與壩體結(jié)合部位清基不徹底，存在接觸滲流隱患。

（3）壩體中部“低阻異常區(qū)”應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)的“壩體中部存在大面積散浸滲水痕跡”存在相關(guān)性，實(shí)測(cè)“低阻異常區(qū)”面積較小，主要因桃園凹近期在相對(duì)較低水位運(yùn)行，且該部位壩坡當(dāng)前并未出現(xiàn)散浸滲水現(xiàn)象。正常蓄水位31.90 m時(shí)壩體中部出現(xiàn)大面積散浸滲水現(xiàn)象，但當(dāng)水位降低至當(dāng)前庫水位31.22 m時(shí)，壩體中部散浸滲水現(xiàn)象消失，推測(cè)滲流通道入口可能位于上游壩坡高程31.20～31.90 m之間。

3.3 處置對(duì)策

當(dāng)前大壩因存在“下游壩坡左側(cè)與中部大面積散浸滲水”而限制水位運(yùn)行，嚴(yán)重制約工程效益發(fā)揮，并影響大壩安全與下游安全，需及早采取必要工程措施處理，建議采取如下處置對(duì)策：

（1）探測(cè)云圖雖表明壩基局部存在滲漏薄弱部位，但運(yùn)行過程中并未暴露壩基滲漏問題，當(dāng)前滲漏處置可以左岸接觸滲流與壩體滲漏為主。

（2）建議采用垂直防滲措施對(duì)全壩段壩體進(jìn)行防滲處理，防滲體軸線布置在壩頂，其中左側(cè)壩段（樁號(hào)0+000～0+040）防滲體深入壩基長(zhǎng)度不宜小于1.0 m，其他壩段防滲體底高程控制在29.00 m。貼坡反濾措施可視垂直防滲處理后的效果選用。

（3）增設(shè)必要的雨水情測(cè)報(bào)和大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施如水尺、測(cè)壓管，監(jiān)控大壩滲流安全狀況，指導(dǎo)工程安全運(yùn)行。

（4）及時(shí)清理壩坡雜草，疏通壩腳導(dǎo)滲溝，改善工程形象。

（5）在消除隱患前，控制水位在30.90 m 以下運(yùn)行，并加強(qiáng)巡視檢查。

4 結(jié) 語

本文采用高密度電法對(duì)桃園凹塘壩滲漏進(jìn)行探測(cè)，通過對(duì)探測(cè)成果進(jìn)行模型反演和后處理分析。

（1）壩體左岸和中部存在“低阻異常區(qū)”，經(jīng)分析判斷，左岸山體以及與壩體接觸部位、壩體中部為大壩滲流較為薄弱部位，左壩肩與壩體結(jié)合部位存在接觸滲漏，探測(cè)分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)論一致。

（2）高密度電法為大壩滲漏探測(cè)提供了較為豐富的地電斷面信息，與現(xiàn)場(chǎng)檢查信息相互補(bǔ)充、互為印證，可以對(duì)除險(xiǎn)加固效果進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，并為滲漏處置對(duì)策的確立提供依據(jù)。

（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查和探測(cè)分析結(jié)果，提出了采用垂直防滲措施對(duì)全壩段壩體進(jìn)行防滲處理，增設(shè)必要的雨水情測(cè)報(bào)和大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施，疏通壩腳導(dǎo)滲溝，隱患消除前控制低水位運(yùn)行并加強(qiáng)巡視檢查等相應(yīng)的滲漏處置對(duì)策，為充分發(fā)揮工程的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益提供了決策支持。