綜合物探在豫西某水庫大壩壩體檢測中的應(yīng)用

吳獻華 童文鐸

（河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450003）

綜合物探在豫西某水庫大壩壩體檢測中的應(yīng)用

吳獻華 童文鐸

（河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450003）

水庫的大壩滲漏隱患是一個十分嚴(yán)重且難以解決的問題。以豫西某水庫的壩體檢測為例，根據(jù)地球物理特點，采用高密度電法、自然電場法綜合性的物探方法，探測壩體內(nèi)的老灌溉洞和漏水點的位置。物探的探測結(jié)果，結(jié)合鉆孔驗證表明，綜合性的物探方法在查找均一壩體的老灌溉洞和漏水點時，物性的差異明顯，探測效果顯著，為大壩的壩體加固和防滲漏提供了依據(jù)。

物探；大壩滲水；高密度電法；自然電場法；鉆探驗證

工程地球物理勘探是解決土木工程勘察中工程地質(zhì)、水文地質(zhì)問題的一種物理勘探方法，簡稱工程物探。其是以研究地下物理場（如重力場、電場等）為基礎(chǔ)的。不同的地質(zhì)體在物理性質(zhì)上的差異，直接影響地下物理場的分布規(guī)律。通過觀測、分析和研究這些物理場，并結(jié)合有關(guān)地質(zhì)資料，可判斷與工程勘察有關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造問題。工程物探技術(shù)發(fā)展到今天，大致有電法、探地雷達、地震、彈性波、層析成像、水聲勘探、放射性測量和綜合測井等幾大類共30多種方法。

工程物探具有“透視性”、效率高、成本低以及可以在現(xiàn)場進行原位巖土物理力學(xué)性質(zhì)測試等優(yōu)點，在工程勘察中日益得到重視和發(fā)展。但是，各種物探方法都具有條件性和局限性，多數(shù)方法還存在多解性。因此，正確選擇和運用各種物探方法，進行綜合物探，并與已有的地質(zhì)、鉆探資料作對比，才能獲得好的地質(zhì)效果。

水利工程應(yīng)用物探技術(shù)較為成熟，特別在堤、壩工程質(zhì)量檢測中應(yīng)用較為廣泛。對已有的水利工程堤、壩質(zhì)量檢測中要求盡量減少破壞性工作，因此不可能布置太多的勘探、開挖工作，而工程物探恰恰是無損探測。采用綜合工程物探方法，結(jié)合勘探、原位測試驗證，是解決水利工程中堤壩質(zhì)量檢測的有效途徑，現(xiàn)以豫西某水庫大壩壩體檢測為例進行分析［1，2］。

1 工程概況

豫西某水庫控制流域面積14km2，屬黃土丘嶺區(qū)，壩址上游干流長5km，水庫于1957年冬興建但未建成；1958年汛期壩體大水決口，后又進行續(xù)建；1959年又進行重建，1962年基本建成。運行幾年后，于1973年進行了水庫擴建工程，壩體加高10m，庫容增大到779萬m3，壩頂高程204.2m，最大壩高34.0m，壩頂寬7.0m，壩長318.5m。該水庫主要有均質(zhì)土壩、溢洪道、輸水涵管、管理用房等工程。

2013年初，在大壩背水坡的老灌溉洞出口，出現(xiàn)緩流滲水。迎水坡由于壩體多次加高和維護，已無法確定老灌溉洞的進口位置。老的灌溉洞在壩體中形成潛在的滲漏通道，危及大壩的安全，需查明其分布情況，進行封堵防滲處理。

由甲方提供的《工程地質(zhì)勘察報告》可知，壩址區(qū)地層巖性為第四系全新統(tǒng)（Q4）大壩筑填土、輕粉質(zhì)壤土、重粉質(zhì)壤土和上更新統(tǒng)（Q3）重粉質(zhì)壤土。

2 物探方法與技術(shù)

本次工作需查明老灌溉洞在壩體內(nèi)的走向、洞頂深度及進出口位置，并確定老灌溉洞在壩體內(nèi)漏水帶。擬采用高密度電法和自然電場法綜合測試，平行于大壩軸線，在大壩迎水坡、壩頂、大壩背水坡布設(shè)物探剖面，探測深度15～50m，并布置少量鉆孔進行驗證。

2.1 高密度電法

2.1.1 高密度電阻率法溫納裝置。電極總數(shù)Psum=60根，電極間距△x=2～5m，隔離系數(shù)n=19。實測時，首先把60根電極一次性布置完畢，進行接地電阻檢查、儀器電池電壓及供電電源檢查，剖面參數(shù)設(shè)置、啟動測量。觀測數(shù)據(jù)自動記錄存儲，現(xiàn)場嚴(yán)格按操作規(guī)程進行人工監(jiān)視，確保觀測質(zhì)量。溫納裝置測量及滾動線示意圖見圖1。

圖1 溫納裝置測量及滾動線示意圖

2.1.2 高密度電阻率法采用MN-B裝置。電極總數(shù)Psum=60根，電極間距△x=2～5m，隔離系數(shù)n=25～29，采用三極裝置MN-B（A∞）連續(xù)滾動掃描裝置。MN-B裝置測量及滾動線示意圖見圖2。

圖2 MN-B裝置測量及滾動線示意圖

使用儀器設(shè)備為重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所WGMD-3型高密度電阻率法測量系統(tǒng)。供電電源采用乙電，最大供電電壓360V，最小供電電流150mA。對于異常點采用重復(fù)觀測，以保證觀測精度。

2.2 自然電場法

自然電場法可確定水庫的漏水地點，了解河水和地下水的水力聯(lián)系，了解巖溶地區(qū)地下水活動情況。地表水自上往下運動，滲入巖石中，會產(chǎn)生自然的負(fù)異常。為了確定河流、湖泊、水庫和渠道底部的滲漏地點，工作時可將一個不極化電極放在水庫大壩背水坡漏水處（固定電極），另外一個流動電極在水庫壩體按測線移動測量，可連續(xù)記錄自然電位差的變化，從而確定引起漏水的裂隙或透水層的位置。滲漏水速度越大，自然電場負(fù)異常就越明顯。

自然電場法是觀測所有測點相對于某一個固定基點（正常場）的電位值。N極作固定電極，M極作流動電極。記錄點為M極所在位置。使用儀器為重慶奔騰研究所生產(chǎn)的WDJD-3型多功能數(shù)字直流激電儀。

3 物探測試成果解譯與驗證

3.1 高密度電法測試成果解譯

布置物探橫剖面6條，靠近大壩右岸，在背水坡布設(shè)剖面3條，壩頂布設(shè)剖面1條，迎水坡布設(shè)剖面2條，共完成剖面總長度1 008m。詳細(xì)高密度剖面布置及異常點位置見表1。

通過對高密度數(shù)據(jù)的反演，獲得高密度電阻率圖像，結(jié)合對現(xiàn)場的實際調(diào)查和勘察情況，對電阻率圖像進行分析、解譯。1～3剖面，布置在壩身的背水坡，老灌溉洞的位置在電阻率圖像呈低阻異常；4剖面布置在壩頂?shù)谋乘?，由于探測深度過深，老灌溉洞的位置異常不明顯；5、6剖面布置在壩身的迎水坡位置，5剖面位于迎水坡馬道上，老灌溉洞的位置呈現(xiàn)高阻異常；6剖面布置在迎水坡右岸臨水面，沿水面向左岸布設(shè)電極，平行于馬道，在這個剖面的電阻率圖像上，未發(fā)現(xiàn)有異常反應(yīng)，經(jīng)過實地調(diào)查，推測老灌溉洞在此剖面已經(jīng)被挖除，或者未延伸至此剖面。5剖面高密度電法異常位置的解釋圖見圖3，異常點的位置在樁號52m處。

圖3 5剖面高密度電法異常位置解釋圖

3.2 自然電場法測試成果解譯

在高密度電法各剖面上，布置自然電位法測線，采集可靠數(shù)據(jù)后，繪制自然電位法曲線圖，經(jīng)過對曲線和資料的整理與分析，判定物探剖面漏水帶的異常點。圖4為5剖面的自然漏水點位置解釋圖，漏水點在樁號72m處。

表1 豫西某水庫大壩壩體老灌溉洞高密度剖面布置及異常點位置表

圖4 5剖面自然電位漏水點位置解釋圖

3.3 鉆孔驗證結(jié)果

物探工作結(jié)束后，進行了鉆探驗證，在5剖面處布置鉆孔7個。

①布置的7個鉆孔中，有2個鉆孔中在頂板深度12m，底板深度14m之間，鉆到青灰色磚塊和洞內(nèi)充填的淤泥，確定這兩處為老灌溉洞位置，并可推斷老灌溉洞的高度為2m，寬度為1.2～1.6m，洞身垂直于壩體，近東西走向。巖芯圖片見圖5，青灰色巖芯為老灌溉洞的磚塊，灌溉洞內(nèi)充填泥質(zhì)物。

圖5 老灌溉洞巖芯圖片

②鉆孔資料結(jié)合物探的自然電位資料，可推測此壩體的漏水點為老灌溉洞的南側(cè)4、8m兩處和右壩肩漏水，由于老灌溉洞墻體的阻擋，漏水帶向老灌溉洞的出水口處慢慢匯集，形成了老灌溉洞出水口的漏水。建議在迎水坡對老灌溉洞進水口和壩體的漏水帶進行灌漿加固處理。

③高密度電阻率圖像異常點的深度中心在8.4m處，鉆孔驗證的老灌溉洞深度在12～14m，與鉆孔資料深度有差異。

4 結(jié)語

①工程物探在水利工程中應(yīng)用越來越廣泛，由于是無損探測，因此在堤壩工程檢測中優(yōu)勢明顯。

②豫西某水庫始建于20世紀(jì)五六十年代，后經(jīng)過多次續(xù)建、改擴建，大壩存在的質(zhì)量隱患較多，特別是老灌溉洞形成滲漏通道，危及大壩安全，應(yīng)查明灌溉洞分布和滲漏通道情況，進行加固處理。

③采用高密度電法和自然電場法綜合測試，基本上查明了老灌溉洞和漏水點的位置，并得到了鉆孔的驗證。

④工程物探解譯的成果和鉆孔資料驗證還存在一定的差異，除了需對物探資料進行精確的解譯，積累工程經(jīng)驗也特別重要。

［1］SL326-2005.水利水電工程物探規(guī)程［S］.

［2］GB50487-2008.水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)程［S］.

The Application of Integrated Geophysical Prospecting in a Reservoir Dam in West Henan

Wu Xianhua Tong Wenduo
（Henan Water Conservancy Survey Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 450003）

Reservoir dam leakage is a very serious and critical problem.Taking a reservoir dam detection in west Henan for example,the location of the old irrigation hole and water leakage in the dam were detected with the compre?hensive method of high density resistivity and the natural electric field,according to the geophysical characteristics. The detection results of geophysical exploration,combined with the drilling verification showed that property differ?ence was obvious and the detection effect was remarkable with the integrated geophysical method in detecting the lo?cation of old irrigation hole and water Leakage point,which can provide the basis for dam reinforcement and seepage prevention.

geophysical prospecting；dam seepage；high density resistivity method；natural electric field method；drilling verification

TV698.1

A

1003-5168(2016)09-0108-03

2016-08-18

吳獻華（1972-），女，工程師，研究方向：物探和工程地質(zhì)勘察。