水庫大壩滲漏探測及定向處理技術及應用探究

何 熠

(庫車水務投資集團有限公司，新疆 庫車 842000)

1 滲漏檢測技術及定向處理技術分析

1.1 滲漏檢測技術的應用現狀

對于水庫大壩滲漏檢測技術的研究一直是水利工程中重要的研究課題。目前主流的探測技術可分為破損探測、無損探測，其中破損探測根據探測區域的不同又可分為坑探、槽探、鉆探及井探等，而無損探測是近幾年新興起的檢測技術，其原理是通過地球物理勘探技術針對不同地質結構等條件，分析其中存在的地球物理異常場進而確定病險形成的主要原因。根據以往的研究發現，無損探測技術在水庫大壩的病險探測方面能夠進行快速、連續的探測，并且能夠應用于不同體量的水庫大壩的探測作業。地球物理勘探技術具有多種形式，如直流電阻率法、激電法、自然電場法、瞬變電磁法、探地雷達法、逆流場法、彈性波法、溫度場法、同位素示蹤法等，其中應用最為廣泛的為直流電阻率法，其主要原理是通過檢測巖土體介質電阻率中存在的差異來判斷病險發生的位置：當滲漏出現后，巖土體的含水率將不斷增加，而其電阻數值將呈現下降的狀態，進而產生較大的電性差異，不過根據實際應用情況來看，該方法具有一定的檢測盲區并且檢測的方式較為單一，通過該方法獲取的勘探結果存在精準性較差的情況[1]。

隨著工程技術的不斷發展，電法勘探的出現為水庫大壩除險加固提供了全新的思路。并行網絡電法本質為實時性全電場勘探技術，能夠在供電的同時收集不同電極產生的自然電場、一次場、二次場等數據，其原理可以看作是將直流電阻率法與激電法的融合，具有較高的工作效率，并且不會受現場環境噪音以及檢測設備的影響或限制，進而能夠獲得檢測過程中的全屬性數據，并且結合網絡并行技術，使所獲取到的數據更具有同步性、瞬時性，進而提升了檢測過程中電阻率曲線的分辨率。并行網絡電法根據加電流形式的不同可分為單點供電法以及偶極子法，其中水庫大壩病險探測主要采用單點供電法，其具有更快的測試速度以及讀寫速度，可實現測試現場對檢測結果的讀取。當水庫大壩發生滲漏后巖土體含水率的增加將提升該區域的導電性，依據視電阻率以及反演電阻率圖中顯示的低阻區便可判定發生滲漏的位置。

1.2 定向處理工藝分析

土石壩的建筑工藝是將土料、石料或混合料進行逐層地拋填、碾壓而成，由于采用的建筑材料呈現散粒體結構，因此在正常狀態下存在較低的出溢點和滲漏量屬于正常現象，不過若是抗滲水平較差將會誘發滲透性破壞。在進行土石壩的滲漏檢測時，通常會在大壩迎水坡、大壩以及背水坡等區域以平行于壩軸線的方式布設若干電法測站，并使用解譯模塊判讀各測線電阻率斷面數據，并將電阻率擬斷面以及真電阻率剖面進行匯總，從而構成電阻率斷面測網，并根據滲漏發生的區域以及詳細的滲流量，以及區域性阻值的差異判定滲漏的隱患病險區、擴大處理區以及正常區域，之后根據實際的滲漏情況以及水庫大壩工程各項數據、以往病險加固情況等最終擬定出合理的防滲處理方案[2]。

針對壩頂防滲斷面的定向處理，需要根據大壩中不同區域中的電性狀態選擇使用的定向施工工藝以及鉆孔布局方案。其中對于隱患病險區需要首先檢測出實際滲漏點位的滲漏高程，從而能夠更好地選取灌漿工藝及材料；在隱患的病險區域作業中常采用雙排或多排形式的密集鉆孔措施，方式的選擇主要以實際的滲漏狀態而定；鉆孔注漿過程中應注意觀察鉆孔的行進速度，在一定情況下可進行注水、壓力或者示蹤劑試驗，驗證實際的滲漏情況從而可以根據實際情況調整灌漿工藝的應用以及注漿漿液的配置比例，以獲得更好的滲漏處理效果；針對擴大處理區域可采用適當增加鉆孔之間的間距、減少排列數量的方案，通過灌漿處理后便可以實現加固大壩、防治滲漏繼續發展的作用；針對正常區域通常采用不影響水庫大壩原始運行狀態的方式，無須進行任何的處理[3]。

針對水庫大壩滲流病險區域實施檢測及灌漿處理，通過檢測出灌漿靶區后以注漿鉆孔的方式獲取該區域實際的巖土體信息以校正探測的結果，以更好地選擇、調整注漿處理的方案，從而能夠達到理想的除險加固效果。

2 滲漏探測及定向處理技術的應用

2.1 工程案例

某山塘水庫總庫容為3.7×104m3，有效庫容為3.0×104m3，調洪庫容0.7×104m3，死庫容為0.5×104m3，大壩為堆石壩，壩體高度為17.5 m，壩長50.0 m，壩頂寬度為5.5 m。該大壩在運行期間發生滲漏病險，采用套井回填實施過處理，但并未實施帷幕灌漿工藝，當前大壩壩腳排水棱體區域具有顯著滲流情況發生，并且該山塘水庫大壩老涵管區域的套井曾發生過塌孔事故，處理方式為水泥黏土回填，但套井處理深度未達到巖基；樁號K0+018～K0+020段上游基礎大放腳區域發生過塌方。

2.2 滲漏探測

本次除險加固工程中滲漏的探測電法測線布置方式(如圖1)為沿大壩軸向設置4條位于背水坡的測線。其中1#測線布置于沿頂軸線下游布置，供電電極距設置為1.0 m，總長度為50 m；2#測線布置于壩背水側距壩頂2 m，供電電極距設置為1.0 m，總長度為50 m，且與1#測線平行相距1.5 m；3#測線布置于背水坡一側，供電電極距設置為1.0 m，總長度為50 m，此側線高程為136 m；4#測線布置于下游一級馬道以上壩坡，供電電極距設置為1.0 m，總長度為45 m，此側線高程為128 m。滲漏探測方式采用單點供電法。

圖1 滲漏的探測電法測線布置方式

根據電法探測判讀的結果顯示，大壩溢洪道、涵管區域出現低阻區，存在滲漏的可能性，其中涵管區域中低阻區出現的范圍及深度尤為顯著，因此可以判斷其與下游的滲漏電存在一定的聯系性。通過對比2#測線與套井剖面可以發現，舊涵管右側16 m套井為塌孔區域，而右側10 m區域中存在連續的塌孔；所探測區域屬于滲流較弱區域，結果與探測區低阻相符合；滲漏水流呈現出由左岸向右岸方向偏移。大壩溢洪道周圍壩體與壩基同樣存在輕微滲漏問題。根據以上探測結果可以評價出該大壩存在較大的病險威脅，為了保障水庫大壩以后運行的安全性、穩定性以及發揮應有的效益需要對其進行必要的防滲處理。2#測線剖面與套井剖面對比結果如圖2所示。

圖2 2#測線剖面與套井剖面對比結果

2.3 防滲處理方案及技術要求

根據探測結果確定，大壩實施灌漿處理的區域為K0+004.～K0+048.4，長度為53.1 m，具體技術要求為：采用單排灌漿孔灌漿，孔位的中心線與大壩套井中重合，各關注孔間距為1.5 m；施工時按照三序灌漿施工，如有需要可補孔灌注；灌注孔的深度需達到相對不透水層2 m區域；在大壩壩頂布設四處檢查孔。灌注漿是由20%325#普通硅酸鹽水泥配制的黏土漿，為了提升灌注漿的強度以及減少凝固時間可加入一定比例的速凝劑；黏土含量占比總干土重的30%以上；灌注漿總含砂率需低于30%，密度為1.4～1.6 kg/m3，黏度30～60 mPa·s，含水量70～90 ml/kg；漿液灌注壓力為0.05～0.10 MPa(實際灌注壓力可根據灌注深度或作業現場情況進行適當調整)。填充灌漿段的長度通常為5.0 m，施工中采用一次成孔作業，灌漿管底口伸入灌漿段內1.5 m，自下而上分段灌漿，最后灌漿施工區域為壩頂以下2 m區域。實施灌漿時首先采用1.3 g/cm3的稀漿緩慢灌注，之后再提升灌漿的速度，并根據規范調整灌漿以及復灌，復灌應≥3次，每次持續1～2 d。

3 滲漏處理效果分析

對水庫大壩的滲漏檢測結果顯示，該大壩為強/中透水性，定向灌漿處理后通過檢查孔的注水試驗結果顯示，壩體透水性呈現為弱性，大壩滲透性顯著降低，達到了預期的目標。定向灌漿處理大壩檢查孔1注水試驗結果如表1所示。

通過對水庫大壩定向灌漿處理前后的庫水位與滲漏點流量數據的對比可以發現，定向灌漿處理前最大滲流量為5.65 L/s，而定向灌漿處理后將降至0.35 L/s，滲流量下降了93.8%，由此可見大壩滲漏處理效果極為顯著。水庫大壩定向灌漿處理前后的庫水位與滲漏點流量數據的對比如圖3所示。

圖3 水庫大壩定向灌漿處理前后的庫水位與滲漏點流量數據的對比

根據以上滲漏處理效果分析顯示，該大壩在經過定向灌漿處理后其滲透性能得到顯著的改善，水庫能夠達到較高水位的蓄水需求，并且滲漏區域得到有效的封堵，對水庫大壩的安全運行具有重要的作用。

4 結 語

針對土石壩滲漏病險采用并行網絡電法滲漏探測技術，對滲漏區域實施定向處理能夠取得顯著的除險加固效果，根據實際工程案例分析結果顯示：并行網絡電法滲漏探測能夠準確地獲取大壩滲漏范圍及深度等參數，并可有效追蹤出滲漏通道與具體的流向；采用定向灌漿處理能夠有效地降低水庫大壩的滲漏情況，具有重要的社會經濟價值；通過驗證后可以發現并行網絡電法滲漏探測結合定向灌漿處理在水庫大壩的病險處理方面具有重要的作用及意義。