霍林河水庫(kù)滲漏檢測(cè)與防滲效果分析

楊 陽 徐海峰 李 卓 李 錚 何勇軍 范光亞

（1.南京水利科學(xué)研究院 大壩安全與管理研究所，南京 210029；2.南京水利科學(xué)研究院 水利部大壩安全管理中心，南京 210029）

1 工程滲漏及處理概況

霍林河水庫(kù)位于霍林郭勒市上游26km，總庫(kù)容4 999萬m3，興利庫(kù)容3 852萬m3，水庫(kù)以供水為主，兼顧城市防洪、旅游.工程由大壩、泄洪洞、取水洞等建筑物組成.大壩為瀝青混凝土心墻砂殼壩，壩頂長(zhǎng)1 230m，壩頂高程953.30m，最大壩高26.10m，壩頂寬5m.大壩上游采用模袋混凝土護(hù)坡，下游采用碎塊石護(hù)坡，下游坡設(shè)有馬道寬2.5m，馬道高程為940.00m，下游壩腳設(shè)貼坡排水.

壩體采用瀝青混凝土心墻防滲，壩基采用混凝土防滲墻進(jìn)行防滲處理，防滲體壩軸距為0＋1.8.壩基混凝土防滲墻最大墻高23m，底部伸入基巖0.5m，上部通過混凝土基座與瀝青混凝土心墻連接.壩基防滲墻伸入到左、右壩肩覆蓋層內(nèi)50m.取水涵洞布置在靠近左壩肩，底高程932.00m，中心樁號(hào)0＋170.泄洪洞在取水涵洞右側(cè)，中心樁號(hào)0＋260，底高程為930.0m.

霍林河水庫(kù)2008年工程完工開始蓄水，自蓄水以來，大壩出現(xiàn)滲漏，主要分布在泄洪洞左側(cè)200m、右側(cè)250m及樁號(hào)0＋700～0＋900附近，大部分區(qū)域壩后坡腳潮濕，泄洪洞右側(cè)樁號(hào)0＋495～0＋515段壩后坡腳見3處集中式明流，滲漏量較大.為了保證工程安全，2013～2014年對(duì)大壩進(jìn)行了防滲處理，在部分滲漏壩段（0－50～0＋520段及0＋730～0＋770段）上游面原心墻前澆筑混凝土防滲墻，壩基進(jìn)行帷幕灌漿.為了了解大壩的滲漏情況及防滲工程效果，在工程施工前后應(yīng)用高密度電法對(duì)大壩進(jìn)行了檢測(cè).

2 高密度電法檢測(cè)原理

高密度電阻率法與常規(guī)電阻率法原理一樣，它是以巖土體的電性差異為基礎(chǔ)的一種陣列電探方法，通過一定的電極裝置測(cè)得視電阻率異常的分布規(guī)律，達(dá)到認(rèn)識(shí)地下地質(zhì)體電性結(jié)構(gòu)的目的［1－5］.高密度電法按不同的電極排列方式得到不同的電極排列組合，常見的有溫納對(duì)稱四極裝置（Wenner）、施貝爾謝裝置（Schlumberger）、偶極－偶極裝置（Dipole－dipole）、單極－偶極裝置（Pole－dipole）和單極－單極裝置（Polepole），對(duì)其基本原理簡(jiǎn)介如下.

圖1 大壩防滲工程斷面示意圖

由此可求得電阻率ρ

根據(jù)在施加電場(chǎng)作用下地層傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律，推斷地下具有不同電阻率的地質(zhì)體的賦存情況.野外測(cè)量時(shí)只需將全部電極（幾十至上百根）置于測(cè)點(diǎn)上（如圖2所示），然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和計(jì)算機(jī)工程電測(cè)儀便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)采集.當(dāng)測(cè)量結(jié)果送入計(jì)算機(jī)后，還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并給出關(guān)于地電斷面分布的各種物理解釋的結(jié)果.在大壩滲漏檢測(cè)方面，由于檢測(cè)出的視阻率結(jié)果與材料類型、風(fēng)化程度、是否浸水等因素有關(guān)，當(dāng)壩體壩基存在滲漏水，對(duì)應(yīng)檢測(cè)區(qū)域會(huì)出現(xiàn)明顯的低阻區(qū)，從而能夠判別大壩滲漏.

圖2 高密度電發(fā)布設(shè)原理圖

大壩滲漏探測(cè)通常可分為包括高密度電法在內(nèi)的電磁法、彈性波類探測(cè)法及物探方法.其中，彈性波法主要是根據(jù)巖土體介質(zhì)彈性差異進(jìn)行探測(cè)，分析介質(zhì)彈性變化和含水率關(guān)系，對(duì)于飽和水體分辨能力較差，而物探類方法只能定性的確定大壩內(nèi)部電性分部，需要多種方法綜合才能提高滲漏探測(cè)精度.相對(duì)這兩類方法，包括高密度電法在內(nèi)的電磁法則對(duì)滲漏的敏感性強(qiáng)，探測(cè)結(jié)果較為直接和直觀.同時(shí)，相對(duì)于常規(guī)電法，高密度電法電極布設(shè)一次完成，能有效地進(jìn)行多種電極排列方式的掃描測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了野外數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化，其效率高成本低，信息豐富，解釋方便，勘探能力顯著提高.

3 檢測(cè)結(jié)果分析與評(píng)價(jià)

3.1 檢測(cè)結(jié)果分析

為了解大壩滲漏情況，2013年9月沿壩軸線方向布設(shè)了6個(gè)檢測(cè)斷面，當(dāng)日水位為946.41m；在防滲工程基本完畢后，2014年9月沿壩軸線方向又布設(shè)了9個(gè)檢測(cè)斷面，當(dāng)日水位為947.20m.通過對(duì)兩次檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行粗差判別、模型反演及后處理，共獲得了15個(gè)斷面的有效視電阻率云圖，云圖橫坐標(biāo)為樁號(hào)，縱坐標(biāo)為測(cè)深，視電阻率（單位為Ω·m）.在15個(gè)斷面中選擇其中具有代表性的5個(gè)斷面進(jìn)行分析，這5個(gè)斷面統(tǒng)計(jì)表見表1，視電阻率云圖見圖3～7.

圖3 2013年檢測(cè)斷面1數(shù)值反演視電阻率云圖

圖4 2013年檢測(cè)斷面2數(shù)值反演視電阻率云圖

圖5 2014年檢測(cè)斷面A數(shù)值反演視電阻率云圖

圖6 2014年檢測(cè)斷面B數(shù)值反演視電阻率云圖

圖7 2014年檢測(cè)斷面C數(shù)值反演視電阻率云圖

表1 檢測(cè)斷面統(tǒng)計(jì)表

1）斷面1.根據(jù)圖3，斷面1大部分區(qū)域視電阻率較低，部分區(qū)域低于25.0Ω·m.在庫(kù)水位以下壩體和壩基部分存在多處低阻區(qū)，透水性相對(duì)強(qiáng)，存在滲漏點(diǎn)和滲漏區(qū).表層有斑點(diǎn)狀部位，視電阻率明顯變大，含水率底，為表面局部裂縫及破損.從圖中可以看出溢洪洞的位置，在0＋250～0＋270m之間.

2）斷面2.根據(jù)圖4，斷面2大部分壩體填土視電阻率在50～150Ω·m之間，從樁號(hào)0＋330附近和0＋350～0＋380出現(xiàn)兩個(gè)低阻區(qū)，視電阻率在10～50Ω·m，說明大壩填土含水率較高.

3）斷面A.斷面A為防滲處理后檢測(cè)斷面.根據(jù)圖5該段壩體視電阻率在25～150Ω·m之間，由于防滲墻的作用，視電阻率云圖層次較為清晰，各層之間視電阻率呈漸變狀態(tài).樁號(hào)0＋280～0＋360區(qū)域受到施工灌漿及降雨積水影響，視電阻率相對(duì)較低.

4）斷面B.斷面B為防滲處理后檢測(cè)斷面.從圖6中可以看出壩體視電阻率分布連續(xù)完整，各層視電阻率分界線較為明顯.該段壩體視電阻率在100～200 Ω·m之間.表層視電阻率也相對(duì)較低，原因是施工灌漿及降雨等影響，表層積水未完全排出，導(dǎo)致表層填土含水率較高.

5）斷面C.斷面C為防滲處理后檢測(cè)斷面.從圖7中可以看出壩體視電阻率分布連續(xù)完整，各層分界線明顯.目前壩體和壩基的視電阻率大于100Ω·m，大部分在150～200Ω·m之間變化.此斷面防滲施工前視電阻率在73～120Ω·m之間，可見目前此部位含水率減小，防滲工程起到了較好的作用.

3.2 防滲效果評(píng)價(jià)

通過對(duì)比兩次高密度電法檢測(cè)結(jié)果可知，進(jìn)行防滲處理后的壩體及壩基視電阻率大部分大于70.0 Ω·m，且壩體部分視電阻率普遍在100.0～150.0Ω·m之間.相較于防滲處理前，相同部位防滲處理后檢測(cè)得到的視電阻率明顯增大，說明大壩土體含水率減小，對(duì)應(yīng)滲漏區(qū)的壩體內(nèi)部低阻區(qū)明顯減少，說明防滲工程起到了明顯的作用.為了進(jìn)一步得到量化的對(duì)比數(shù)據(jù)，這里選擇防滲處理段和未做防滲處理段各施工前后同斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到視電阻率的均值（E）和方差（S），并做對(duì)比分析，分析結(jié)果見表2.

表2 對(duì)比分析斷面統(tǒng)計(jì)

通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表2可知，樁號(hào)0＋200～0＋300段，新建防滲墻后，視電阻率均值提高了21.4Ω·m，由于此部位處于泄洪洞段，視電阻率分布的均一性較差，視電阻率方差數(shù)值較大；樁號(hào)0＋300～0＋400段，新建防滲墻起到了較好的作用，視電阻率均值提高了58Ω·m，同時(shí)視電阻率均一性有明顯提高，說明大部分區(qū)域視電阻率在100Ω·m附近，低阻區(qū)減少；由于樁號(hào)0＋800～0＋900區(qū)域未做防滲工程，此區(qū)域兩次檢測(cè)數(shù)據(jù)變化不大.通過對(duì)施工前后兩次檢測(cè)斷面視電阻率數(shù)據(jù)的分析對(duì)比，可以看到防滲加固工程整體起到了較為明顯的作用.

4 結(jié) 論

通過兩次探測(cè)分析可以看到，高密度電法布線簡(jiǎn)單高效、對(duì)大壩不需要進(jìn)行開挖破壞、成本低時(shí)間短、能夠揭示大壩內(nèi)部大量信息.就目前應(yīng)用于大壩滲漏研究來說，其定性的識(shí)別結(jié)果直觀可靠，但針對(duì)壩體含水率、孔隙率與探測(cè)結(jié)果電導(dǎo)率之間的相關(guān)規(guī)律方面，還需要進(jìn)一步研究，這是該方法在大壩、邊坡、提防探測(cè)領(lǐng)域未來需要研究的重點(diǎn)問題.

［1］ 廖全濤，王建軍.高密度李那在滑坡調(diào)查中的應(yīng)用［J］.資源環(huán)境與工程，2006，20（4）：430－431.

［2］ Guo Xiujun，Huang Xiaoyu，Jia Yonggang.Forward Modeling of Different Types of Landslides with Multi－electrode Electric Method［J］.Applied Geophysics，2（1）：14－20.

［3］ 康金盛.物探勘察在復(fù)雜滑坡勘察中的應(yīng)用研究［J］.西部探礦工程，2007（3）：122－124.

［4］ 宋傳星.高密度電法在滑坡體勘察中的應(yīng)用［J］.工程勘察，2011（2）：47－52.

［5］ 徐海峰，竇丹丹，李 卓，等.霍林河水庫(kù)滲漏探測(cè)試驗(yàn)研究［J］.三峽大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，36（6）：10－14.