霍林河水庫滲漏檢測與防滲效果分析

楊 陽 徐海峰 李 卓 李 錚 何勇軍 范光亞

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

1 工程滲漏及處理概況

霍林河水庫位于霍林郭勒市上游26km，總庫容4 999萬m3，興利庫容3 852萬m3，水庫以供水為主，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坡，下游采用碎塊石護坡，下游坡設有馬道寬2.5m，馬道高程為940.00m，下游壩腳設貼坡排水.

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50m.取水涵洞布置在靠近左壩肩，底高程932.00m，中心樁號0＋170.泄洪洞在取水涵洞右側，中心樁號0＋260，底高程為930.0m.

霍林河水庫2008年工程完工開始蓄水，自蓄水以來，大壩出現滲漏，主要分布在泄洪洞左側200m、右側250m及樁號0＋700～0＋900附近，大部分區域壩后坡腳潮濕，泄洪洞右側樁號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年對大壩進行了防滲處理，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，在工程施工前后應用高密度電法對大壩進行了檢測.

2 高密度電法檢測原理

高密度電阻率法與常規電阻率法原理一樣，它是以巖土體的電性差異為基礎的一種陣列電探方法，通過一定的電極裝置測得視電阻率異常的分布規律，達到認識地下地質體電性結構的目的［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），對其基本原理簡介如下.

圖1 大壩防滲工程斷面示意圖

由此可求得電阻率ρ

根據在施加電場作用下地層傳導電流的分布規律，推斷地下具有不同電阻率的地質體的賦存情況.野外測量時只需將全部電極（幾十至上百根）置于測點上（如圖2所示），然后利用程控電極轉換開關和計算機工程電測儀便可實現數據的快速和自動采集.當測量結果送入計算機后，還可對數據進行處理并給出關于地電斷面分布的各種物理解釋的結果.在大壩滲漏檢測方面，由于檢測出的視阻率結果與材料類型、風化程度、是否浸水等因素有關，當壩體壩基存在滲漏水，對應檢測區域會出現明顯的低阻區，從而能夠判別大壩滲漏.

圖2 高密度電發布設原理圖

大壩滲漏探測通常可分為包括高密度電法在內的電磁法、彈性波類探測法及物探方法.其中，彈性波法主要是根據巖土體介質彈性差異進行探測，分析介質彈性變化和含水率關系，對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部電性分部，需要多種方法綜合才能提高滲漏探測精度.相對這兩類方法，包括高密度電法在內的電磁法則對滲漏的敏感性強，探測結果較為直接和直觀.同時，相對于常規電法，高密度電法電極布設一次完成，能有效地進行多種電極排列方式的掃描測量，實現了野外數據采集自動化，其效率高成本低，信息豐富，解釋方便，勘探能力顯著提高.

3 檢測結果分析與評價

3.1 檢測結果分析

為了解大壩滲漏情況，2013年9月沿壩軸線方向布設了6個檢測斷面，當日水位為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了9個檢測斷面，當日水位為947.20m.通過對兩次檢測數據進行粗差判別、模型反演及后處理，共獲得了15個斷面的有效視電阻率云圖，云圖橫坐標為樁號，縱坐標為測深，視電阻率（單位為Ω·m）.在15個斷面中選擇其中具有代表性的5個斷面進行分析，這5個斷面統計表見表1，視電阻率云圖見圖3～7.

圖3 2013年檢測斷面1數值反演視電阻率云圖

圖4 2013年檢測斷面2數值反演視電阻率云圖

圖5 2014年檢測斷面A數值反演視電阻率云圖

圖6 2014年檢測斷面B數值反演視電阻率云圖

圖7 2014年檢測斷面C數值反演視電阻率云圖

表1 檢測斷面統計表

1）斷面1.根據圖3，斷面1大部分區域視電阻率較低，部分區域低于25.0Ω·m.在庫水位以下壩體和壩基部分存在多處低阻區，透水性相對強，存在滲漏點和滲漏區.表層有斑點狀部位，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0＋330附近和0＋350～0＋380出現兩個低阻區，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為防滲處理后檢測斷面.根據圖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.樁號0＋280～0＋360區域受到施工灌漿及降雨積水影響，視電阻率相對較低.

4）斷面B.斷面B為防滲處理后檢測斷面.從圖6中可以看出壩體視電阻率分布連續完整，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為防滲處理后檢測斷面.從圖7中可以看出壩體視電阻率分布連續完整，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 防滲效果評價

通過對比兩次高密度電法檢測結果可知，進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得到的視電阻率明顯增大，說明大壩土體含水率減小，對應滲漏區的壩體內部低阻區明顯減少，說明防滲工程起到了明顯的作用.為了進一步得到量化的對比數據，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據進行統計分析，得到視電阻率的均值（E）和方差（S），并做對比分析，分析結果見表2.

表2 對比分析斷面統計

通過統計數據表2可知，樁號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，視電阻率方差數值較大；樁號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，同時視電阻率均一性有明顯提高，說明大部分區域視電阻率在100Ω·m附近，低阻區減少；由于樁號0＋800～0＋900區域未做防滲工程，此區域兩次檢測數據變化不大.通過對施工前后兩次檢測斷面視電阻率數據的分析對比，可以看到防滲加固工程整體起到了較為明顯的作用.

4 結 論

通過兩次探測分析可以看到，高密度電法布線簡單高效、對大壩不需要進行開挖破壞、成本低時間短、能夠揭示大壩內部大量信息.就目前應用于大壩滲漏研究來說，其定性的識別結果直觀可靠，但針對壩體含水率、孔隙率與探測結果電導率之間的相關規律方面，還需要進一步研究，這是該方法在大壩、邊坡、提防探測領域未來需要研究的重點問題.

［1］ 廖全濤，王建軍.高密度李那在滑坡調查中的應用［J］.資源環境與工程，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.物探勘察在復雜滑坡勘察中的應用研究［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.霍林河水庫滲漏探測試驗研究［J］.三峽大學學報：自然科學版，2014，36（6）：10－14.