綜合物探法在水庫滲漏檢測中的應用研究

朱士彬 張誦彥

（1.安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學研究院 合肥 230000 2.淮河水利水電開發(fā)有限公司 合肥 233000）

水庫壩基滲漏是對壩體本身的一種危害，經(jīng)長期的滲漏，可能發(fā)生管涌現(xiàn)象，甚至可能引起潰壩等嚴重后果，庫水流失還減少發(fā)電等經(jīng)濟指標，所以查明壩基滲漏入水點、漏水通道對水庫加固方式都具有重要意義。目前針對水庫滲漏的物探檢測方法主要有聲納法、高密度電法、溫度場檢測法、偽隨機流場法等。研究結(jié)果表明，當壩外有明顯滲漏出水口時,偽隨機流場法可以精確圈定壩內(nèi)滲漏入水口。近年來快速發(fā)展的水域地球物理勘探技術(shù)以電磁波法、電阻率法和地震波法為主，這類方法成為獲取水下目標體信息的重要手段。本文介紹了綜合使用高密度水域地震映像、偽隨機流場、探地雷達三種方法調(diào)查某混凝土重力壩滲漏通道的應用實例，對滲漏通道、滲漏原因進行推斷分析，為該水庫滲漏加固提供了可靠依據(jù)。實踐證明，采用多種物探方法并結(jié)合工程水文資料查明滲漏通道，具有準確、快速、便捷、安全的特點,對于其他類似工程問題有一定借鑒意義。

1 工程概況

水庫大壩為C10 小石混凝土砌石重力壩，壩長424.0m，壩體內(nèi)設混凝土心墻防滲，大壩上游壩面為直立式，上、下游壩面均為M7.5 漿砌塊石鑲面。壩體內(nèi)部分別在高程49.5m 和30.0m 設排水廊道。2020年9月，發(fā)現(xiàn)從右側(cè)廊道臺階高程65.0m 左右開始漏水，至高程57.0m 處漏水激增，高程49.5m處水平廊道內(nèi)出現(xiàn)多處漏水，廊道內(nèi)多處出現(xiàn)乳白色析出物及射流情況，水量很大，射流嚴重處主要在廊道下游側(cè)及拱頂；左壩段壩腳已形成較大的積水坑，右壩段壩坡可見成股的明流。

2 工程地質(zhì)特征

壩址區(qū)地層以花崗巖為主，通過壩址區(qū)的斷層有F1斷層帶、F2斷層帶及F4斷層帶。F1斷層帶在中壩區(qū)右側(cè)順河方向縱貫庫區(qū)，走向0°左右，傾角近于直立，寬約20.0m，連同其影響帶寬約40.0m主要表現(xiàn)為節(jié)理密集帶；F2斷層帶在右壩區(qū)，走向NE55°，傾角近于直立，斜交壩軸線,寬16.0m，是由相同走向的兩條斷層組成，已被寬度分別為8.0m和3.0m 的煌斑巖充填，兩巖相距5.0m，中夾一寬0.3m的細?；◢弾r巖脈。此斷層較寬大，先后為三次巖脈侵入，斷層帶內(nèi)煌斑巖及花崗巖皆呈風化狀；F4斷層位于左壩區(qū)，走向NE20°，傾角直立，寬約1.5m，連同其影響帶寬5.0m，斷層內(nèi)有煌斑巖充填，表層風化強烈，多呈高嶺土。

3 探測方法

3.1 滲漏水入口位置探測

偽隨機流場法是中國工程院何繼善院士提出的找滲漏管涌入水口的特殊電法類新方法，用恒定電流場來擬合微弱變化的水流場，通過測量電流場空間分布來確定滲漏水流場。采用偽隨機流場法具有測量速度快、高分辨率和強抗干擾能力的技術(shù)優(yōu)勢，利用RTK 進行精確平面定位，快速圈定滲漏異常區(qū)域。

3.2 庫區(qū)水下壩基地質(zhì)分布探測

庫區(qū)地質(zhì)主要為水-淤泥-基巖，水和淤泥的波速及密度比較低，而基巖的波速及密度比較高，相差在2.0～3.0 倍之間，在地震剖面上形成強反射界面，便于地層識別追蹤。地震繞射波攜帶了大量的地下突變點（斷層、溶洞、斷裂系統(tǒng)等）有關(guān)的信息。繞射成像能夠檢測小尺度斷裂信息，最小尺度達5～10m。有利于3 個斷層位置探測。

高密度水域地震探測的測線是按照平行大壩軸線方向進行布置，采用一種新型的“輕型氣壓式淺水域全自動觸發(fā)器”震源設備。

3.3 壩體背水面坡腳滲漏通道探測

壩體內(nèi)滲漏通道內(nèi)富含水，水的介電常數(shù)與周圍的堆石體存在顯著的差異，因此采用地質(zhì)雷達探測比較簡單快捷。富水帶的地質(zhì)雷達圖像表現(xiàn)為：反射波強烈、低頻富集、同相軸連續(xù)性相對較好。

3.4 綜合分析

基于偽隨機流場法、探地雷達法及高密度地震影像法探測成果，結(jié)合已知廊道滲漏情況，綜合分析判斷廊道滲漏水入口、滲漏通道及滲漏水出口空間位置及其連通關(guān)系。

4 探測結(jié)果

4.1 偽隨機流場法探測結(jié)果

通過處理后的壩體迎水面?zhèn)坞S機流法電流密度剖面圖（見圖1）分析結(jié)果如下：

圖1 壩體迎水面?zhèn)坞S機流場法的電流密度剖面及解釋成果圖

（1）就整體而言，壩體迎水面?zhèn)坞S機流場法的電流密度剖面中異常區(qū)域位于右壩端，分布范圍位于0+283～0+383 之間，最大異常值可達0.8A/m2。這個結(jié)果與F1和F2斷層所處的位置以及壩體實際滲漏部位吻合。

（2）在壩體迎水面的電流密度異常區(qū)域，可以分為三個部分進行分析：圖中壩體與基巖接觸部位附近的閉合黑線所圈的異常部位，可能是壩基滲漏有關(guān)，最大異常值達0.6A/m2以上；圖中左向箭頭和右向箭頭所指的兩個閉合圓圈異常，分別為59.5m 廊道和49.5m廊道處的金屬放水管道引起的電流密度值異常，如果該兩處放水管道與壩體之間存在漏水的縫隙，縫隙漏水引起的電流密度值異常將會疊加在金屬放水管道引起的電流密度值異常之上，很難剝離；圖中左下箭頭所指閉合橢圓圈異常，可能是壩體防滲墻滲漏引起的。

（3）通過處理后的庫底偽隨機流法電流密度剖面圖（見圖2）分析結(jié)果如下：庫底偽隨機流場法的電流密度剖面異常區(qū)域與壩體迎水面的異常相吻合，位于庫區(qū)右側(cè)。圖中靠近壩體部位的異常值高于遠離壩體部位的異常值，推測靠近壩體部位的異常為壩基集中滲漏，庫底滲漏區(qū)域與壩體迎水面的壩基滲漏異常相吻合；遠離壩體部位的庫底異常區(qū)域的電流密度值不大，僅為0.2A/m2左右，可能為散浸滲漏或者與庫底基巖的非均質(zhì)有關(guān)。

圖2 庫底偽隨機流場法的電流密度剖面及解釋成果圖

4.2 高密度水域地震資料解釋

通過處理后的高密度水域地震剖面圖（見圖3），結(jié)合勘察資料可以對庫區(qū)內(nèi)地層分布、斷層發(fā)育情況進行分析。具體分析結(jié)果如下：

圖3 高密度水域地震剖面及其解釋成果圖

（1）庫區(qū)基巖面分布非常清晰，這主要得益于水和淤泥的波速及密度比較低，而基巖的波速及密度比較高，在地震剖面上形成強反射界面，便于地層識別追蹤。

（2）水庫水位最深處（位于0+243～0+323），水深對應地震剖面中時間約50.0ms，按照水的波速為1500m/s 計數(shù)，水深約37.5m。

（3）水庫水位最深處（位于0+263），淤泥層底界在地震剖面中時間約60.0ms，按照淤泥的波速為700～1000m/s 計數(shù)，淤泥層的厚度約為3.5～5.0m。

（4）由于庫區(qū)發(fā)育的3 個斷層傾角近乎垂直，只能通過地震剖面中繞射波的存在來判斷斷層的具體位置。可以明顯看出，F(xiàn)1斷層位于0+323～0+348 之間，F(xiàn)2斷層位于0+373～0+383 之間，F(xiàn)4 斷層在0+88 附近。

4.3 探地雷達資料解釋

通過處理后的探地雷達響應剖面（見圖4 和圖5）分析結(jié)果如下：

圖5 雷達響應剖面圖（49.5m 廊道背水側(cè)墻體）

（1）從壩體背水側(cè)向內(nèi)1.0m 可以看到斷斷續(xù)續(xù)的雷達波同相軸，為砌石層；從砌石層向內(nèi)沒有明顯的雷達波同相軸，為小石混凝土層，這些都與大壩橫斷面的介質(zhì)相吻合。

（2）圖4 中0.0～1.0m、2.0～4.5m 范圍內(nèi)探地雷達響應特征為雷達波同相軸明顯增強、同相軸連續(xù)性較差，為滲水區(qū)域雷達響應特征。

（3）圖5 中，同樣可以看到1.0m 后的砌石層、小石混凝土層。此外，在廊道背水側(cè)墻體砌石層向內(nèi)有一層約2.4m 厚的滲水區(qū)域出現(xiàn)在小石混凝土層內(nèi)部，這一層富水區(qū)域橫向連續(xù)性非常好。

5 結(jié)論

綜合三種地球物理探測方法，查明了滲漏入口，推斷出了滲漏通道，具體如下：

（1）與斷裂帶有關(guān)的基巖滲漏通道：偽隨機流場法響應特征在樁號0+310～0+350 范圍內(nèi)壩基部位出現(xiàn)異常值，該異常區(qū)域與對應位置處F1斷層在高密度水域地震剖面中的響應特征吻合，推斷該處存在壩基滲漏。在該處進行鉆探驗證，結(jié)果顯示，壓水試驗表現(xiàn)為強透水層，揭露到裂隙發(fā)育帶。

（2）與壩體防滲墻有關(guān)的滲漏通道：偽隨機流場法響應特征在0+340、高程51.5m 處出現(xiàn)異常值，該異常值及探地雷達相應部位滲水區(qū)響應特征與現(xiàn)場射流位置相吻合，推測該處壩體存在滲漏。

（3）與強風化巖體有關(guān)的基巖滲漏通道：高密度水域地震剖面顯示，樁號0+235 附近存在深厚強風化層，但偽隨機流場法在該部位沒有明顯異常，推測可能與上覆淤泥層有關(guān)。如果后期水庫清淤，致使強風化巖體與壩體底部直接接觸，可能發(fā)生滲漏■