高密度電法在鎮(zhèn)海水庫大壩滲漏隱患探測(cè)中的應(yīng)用

韓 濤

(江門市科禹水利規(guī)劃設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣東 江門 529000)

1 工程概況

鎮(zhèn)海水庫位于廣東省開平市蒼城鎮(zhèn)以北約10 km的潭江一級(jí)支流鎮(zhèn)海水的上游，水庫壩址以上集雨面積128 km2，河長32.15 km，平均坡降0.002，總庫容 1.0962億m3，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、供水、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的大(2)型水庫[1-4]。水庫主要建筑物有均質(zhì)土壩4 座(主壩1座、副壩3座)，溢洪道1座，非常溢洪道1座，泄洪閘1座，輸水涵2條和壩后電站1座。

鎮(zhèn)海水庫于1958年6月動(dòng)工興建，1960年建成投入運(yùn)行使用。經(jīng)過幾十年的運(yùn)行，水庫一副壩壩體、壩腳均存在嚴(yán)重的滲漏隱患。如：下游右壩腳長約8 m范圍，排水棱體排水溝上方有明顯滲水隱患，滲出水體夾帶土顆粒，屬于非正常滲漏；現(xiàn)場(chǎng)可見10多處壩腳滲流(清水)，顯示全壩段均有不同程度的滲漏問題；由于下游壩坡表面土層較軟，電法檢測(cè)時(shí)電極較容易打入土內(nèi)，壩體密實(shí)度較差，滲漏情況較為嚴(yán)重，已嚴(yán)重危及水庫安全運(yùn)行。為此，亟須對(duì)鎮(zhèn)海水庫一副壩采取高密度電法進(jìn)行物探檢測(cè)，以查清水庫大壩滲漏具體位置，為后期水庫的除險(xiǎn)加固提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)。

2 測(cè)線布置

鎮(zhèn)海水庫一副壩壩體為均質(zhì)土壩，壩頂高程30.3 m，最大壩高23.4 m，壩頂寬6.5 m，防浪墻頂高程為31.4 m。上游壩坡為干砌石護(hù)坡，20.65 m 高程以上坡率1∶2.00，20.70 m 高程以下坡率1∶3.00。下游壩坡高程23.00 m處有一寬2.00 m的戧臺(tái)，戧臺(tái)以上壩坡1∶2.50，以下1∶2.75。下游反濾體頂高程15.00 m，內(nèi)坡1∶1.00，外坡1∶1.50。

此次探測(cè)采用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的高密度電阻率儀，該款儀器采用了電阻率和IP成像系統(tǒng)；觀測(cè)裝置采用溫納四極裝置(α)，分別在壩體壩頂、背水坡戧臺(tái)和反濾棱體上方位置進(jìn)行物探剖面檢測(cè)(見表1)，物探剖面編號(hào)W1-W1′、W2-W2′、W3-W3′，由于高密度電法探測(cè)深度有限，本次探測(cè)共布置了3條測(cè)線，具體如下。

表1 鎮(zhèn)海水庫一副壩高密度電法測(cè)線特性

2.1 壩 頂

剖面編號(hào)W1-W1′測(cè)線布置在壩頂位置，順?biāo)鞣较?，從壩頂左?cè)山邊開始，一直到右壩頭。該剖面測(cè)線長295.0 m，共布設(shè)60個(gè)電極，電極間距5.0 m，電極點(diǎn)總層數(shù)19層，測(cè)點(diǎn)255個(gè)，該剖面探測(cè)最大深度為47.5 m，探測(cè)時(shí)庫水位為22.85 m。

2.2 背水坡

剖面編號(hào)W2-W2′測(cè)線布置在背水坡戧臺(tái)處，該處剖面測(cè)線長度275.00 m，共布設(shè)了56個(gè)電極，電極間距5.00 m，電極點(diǎn)總層數(shù)18層，測(cè)點(diǎn)235個(gè)，探測(cè)最大深度為45.00 m，探測(cè)時(shí)庫水位為22.85 m。

2.3 排水棱體

剖面編號(hào)W3-W3′測(cè)線布置在排水棱體頂部上方約80 cm處，該處剖面測(cè)線長度141.0 m，共布設(shè)了48個(gè)電極，電極間距3.0 m，電極點(diǎn)總層數(shù)15層，測(cè)點(diǎn)126個(gè)，探測(cè)最大深度為22.5 m，探測(cè)時(shí)庫水位為22.85 m。

3 探測(cè)結(jié)果分析與驗(yàn)證

3.1 探測(cè)結(jié)果分析

本次測(cè)量使用溫納排列，該種陣列排列法的電極間距越小，其探測(cè)深度愈小，測(cè)量點(diǎn)數(shù)也就更多；反之，間距越大，探測(cè)深度愈深，點(diǎn)隨之變少?；谔钔恋碾娮杪逝c其自身富含水分的關(guān)系，當(dāng)大壩存在滲漏，其滲漏位置的電阻率會(huì)出現(xiàn)明顯下降，且顯示為低阻異常區(qū)。此時(shí)，運(yùn)用Res2 dinv 二維分析軟件對(duì)探測(cè)到剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行反演分析，便可取得每條測(cè)線上的電阻率剖面分布圖，如圖1～圖3所示。

圖1 壩頂位置物探剖面圖

從圖1壩頂探測(cè)剖面圖進(jìn)行推測(cè)分析，剖面樁號(hào)0+055～0+105，高程為18.0～26.0 m段，出現(xiàn)較為明顯的低阻異常區(qū)A，主要位于壩中填土部位，且填土含水率較高，存在滲漏問題；剖面樁號(hào)0+105～0+145，高程為13.0～20.0 m段，也存在低阻異常區(qū)B，該區(qū)主要位于靠近壩基處填土，與低阻區(qū)A相連，填土含水率高，存在滲漏問題；剖面樁號(hào)0+190～0+215，高程為13.0～18.0 m段，也呈現(xiàn)了低阻異常區(qū)C，該區(qū)主要位于靠近壩基處填土，推測(cè)填土富含水分，極易出現(xiàn)滲漏問題。

從圖2背水部戧臺(tái)處探測(cè)剖面圖可以看出，剖面樁號(hào)0+048～0+103，高程為3.0～13.0 m范圍內(nèi)，該剖面顯示較大區(qū)域的低阻異常區(qū)D，主要位于壩體下方壩基部位，該處壩基含有大量水分，存在滲漏的可能性較大；剖面樁號(hào)0+149～0+205，高程為3.0～13.0 m段，透過反演圖可以看到一處低阻異常區(qū)E，該區(qū)位于壩體下方壩基部位，壩基富含大量水分，可能存在滲漏問題。樁號(hào)0+050～0+103段和樁號(hào)0+175～0+245段淺表存在高阻區(qū)，層厚1.0～5.0 m不等，填土密實(shí)度極差。

圖2 背水坡馬道位置物探剖面圖

從圖3排水棱體物探成果可見，剖面樁號(hào)0+022～0+048，高程為4.0～11.0 m段，存在低阻異常區(qū)F，由于F區(qū)位于壩體下方壩基部位，土體含水率一般較高，為此，可能存在滲漏問題。在查看剖面樁號(hào)0+073～0+092，高程為7.0～11.0 m段范圍時(shí)，可以清楚看到一處與周圍土體不同的低阻異常區(qū)G，其主要位于壩體下方壩基部位，考慮到該處壩基富含水分，可能存在滲漏問題；樁號(hào)0+022～0+080段和樁號(hào)0+099～0+112段淺表存在高阻區(qū)，層厚1.0～2.0 m不等，且填土密實(shí)度極差。

圖3 排水棱體頂部上方位置物探剖面圖

從上述物探剖面結(jié)果可以看出，鎮(zhèn)海水庫一副壩壩體填土密實(shí)度較差，且填土含水率較高，推測(cè)可能存在兩條滲漏通道，壩頂滲漏范圍為樁號(hào)0+045～0+145和樁號(hào)0+190～0+215段，馬道滲漏范圍為樁號(hào)0+048～0+103和樁號(hào)0+149～0+205段。

3.2 鉆探試驗(yàn)

為了驗(yàn)證高密度電法物探結(jié)果的精準(zhǔn)性，鎮(zhèn)海水庫安全鑒定還進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)鉆探試驗(yàn)，本次在壩頂布置7個(gè)鉆孔，壩后背水坡處布置4個(gè)鉆孔，每個(gè)鉆孔必須鉆至壩基以下5～10 m，進(jìn)入相對(duì)不透水層或強(qiáng)風(fēng)化層應(yīng)不少于3 m。經(jīng)鉆探發(fā)現(xiàn)，鎮(zhèn)海水庫一副壩的壩體主要由粉砂巖殘積土填筑而成，為粉質(zhì)黏土，局部夾雜強(qiáng)風(fēng)化碎塊，欠壓實(shí)，較松散，遇水易崩解，密實(shí)度較差，中等透水性，且現(xiàn)場(chǎng)勘察期間，右壩段壩腳反濾體發(fā)現(xiàn)有清水流出，壩體存在滲漏問題；壩基現(xiàn)場(chǎng)鉆孔發(fā)現(xiàn)巖土層自上而下、由新到老為粉質(zhì)黏土、角礫、粉砂、殘積土、全～弱風(fēng)化粉砂巖；現(xiàn)場(chǎng)勘察期間，壩腳存在嚴(yán)重漏水現(xiàn)象，且壩后開挖土層也發(fā)現(xiàn)滲水情況。

現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)結(jié)果表明，壩體填筑土注水17段，計(jì)算滲透系數(shù)介于6.63×10-5～1.68×10-3cm/s之間，滲透系數(shù)平均值為5.30×10-4cm/s，大值平均值為8.69×10-4cm/s，小值平均值為2.90×10-4cm/s，滲漏量為1.627 L/s，滲透性等級(jí)屬中等透水(見表2)；壩基粉質(zhì)黏土的滲透系數(shù)6.70×10-5cm/s，角礫的滲透系數(shù)6.71×10-2cm/s，粉砂的滲透系數(shù)3.92×10-3cm/s，全風(fēng)化粉砂巖的滲透系數(shù)9.26×10-5cm/s，滲透性等級(jí)均屬于中等透水性；殘積土的滲透系數(shù)介于2.32×10-5～1.45×10-4cm/s，平均值為5.92×10-5cm/s，大值平均值為1.12×10-4cm/s，強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖的滲透系數(shù)介于1.10×10-5～1.46×10-4cm/s，平均值為6.65×10-5cm/s，大值平均值為1.22×10-4cm/s，兩者滲透性等級(jí)均屬于弱～中等透水性(見表3)。殘積土層和強(qiáng)風(fēng)化層局部段滲透系數(shù)偏大，存在滲漏通道。

表2 壩體現(xiàn)場(chǎng)鉆孔注水試驗(yàn)結(jié)果

表3 壩基現(xiàn)場(chǎng)鉆孔注水試驗(yàn)結(jié)果

從上表可以看出，鎮(zhèn)海水庫一副壩壩體測(cè)出滲透系數(shù)多為中等透水性，存在嚴(yán)重滲漏問題，這與高密度物探結(jié)果相符，由此，也驗(yàn)證了高密度電法應(yīng)用于大壩滲漏隱患探測(cè)中可行、可靠性[5]。

4 結(jié) 論

(1)一副壩壩體多處存在低阻異常區(qū)，且填土松散、欠壓實(shí)，密實(shí)度較差，推測(cè)存在兩條滲漏通道，滲漏情況較為嚴(yán)重。

(2)壩基存在透水砂層，且填土含水率較高，存在滲漏問題。

(3)建議對(duì)鎮(zhèn)海水庫一副壩的壩體、壩基存在低阻異常區(qū)域以及可能存在滲漏部位進(jìn)行開挖，并進(jìn)行灌漿處理，消除滲漏隱患。