物探技术在大坝渗漏通道探测中的应用

殷琦;李进;曹建军;范克;王超

【摘 要】0引言rn水库大坝渗漏通常是指水库库区的水体向围护区（主要包括坝体及两坝肩）以外渗流而产生水量漏失的现象。土质堤坝渗漏常见的有：坝基渗漏、坝体渗漏、涵闸渗漏、接触渗漏、绕坝渗漏和溢洪道渗漏等形式。 【期刊名称】《江苏水利》 【年(卷),期】2012(000)007 【总页数】2页(P36-36,38)

【关键词】渗漏通道;大坝渗漏;物探技术;应用;探测;水库库区;坝体渗漏;坝基渗漏 【作 者】殷琦;李进;曹建军;范克;王超

【作者单位】南京市水利规划设计院有限责任公司,210022;南京市水利规划设计院有限责任公司,210022;南京市水利规划设计院有限责任公司,210022;南京市水利规划设计院有限责任公司,210022;南京市水利规划设计院有限责任公司,210022 【正文语种】中 文 【中图分类】TV871.4 0 引言

水库大坝渗漏通常是指水库库区的水体向围护区（主要包括坝体及两坝肩）以外渗流而产生水量漏失的现象。土质堤坝渗漏常见的有：坝基渗漏、坝体渗漏、涵闸渗漏、接触渗漏、绕坝渗漏和溢洪道渗漏等形式。

水库大坝渗漏现象通常是徐变渐进的，一般不会立即造成水库堤防溃决、垮坝等灾难性后果。但是土坝渗漏带来以下问题：（1）渗漏量较大时，将显著降低水库的效益，引起经济上的损失；（2）坝身浸润线位置抬高，使坝坡的稳定性降低，甚至造成脱坡或滑坡，同时降低软弱结构面强度，使某些岩土或断裂带充填物产生渗透变形，危及大坝安全；（3）由于土或裂隙充填物运动或扬压力坡降较大，在未经反滤层保护的出口随水流冲走或隆起而形成管涌破坏。

目前，采用地球物理探测的方法查找水库大坝的渗漏通道，消除水库大坝存在的隐患取得了较好的效果。此类方法可归纳为：高密度电阻率法、探地雷达、瞬变电磁法和面波法四类。现结合本工程的特点，采用高密度电阻率法、探地雷达来探测大坝的渗漏情况。 1 工程概况

赭山头水库坐落在溧水县东南部晶桥镇境内，是一座以防洪为主、结合灌溉、集镇供水、水库养殖等综合利用的中型水库。水库大坝左坝肩基岩面埋深浅，基本保持原有的地形地貌，下伏基岩为燕山晚期姚家边旋迴所形成次火山岩——侵入岩（岩性为正长斑岩）。

水库大坝在多年运行中左岸坝头出现严重渗漏，且渗漏量随库水位增高而增多。根据施工记载及现场调查，大坝在上世纪50年代施工时，未对清基作出严格要求。 2 渗漏通道的检测

为了查明左坝肩长期存在的渗漏通道，了解其在坝肩的分布情况，分别采用高密度电法及探地雷达两种物探手段对左坝肩进行探测。根据工程的规模及特点，高密度电法布置4条测线，主要布置在背水坡，测线编号分别为Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ，长度90～120 m，间距为6～8m；探地雷达布置7条测线，其中Ⅰ、Ⅱ号测线布置在迎水坡，Ⅲ、Ⅳ号测线布置在坝顶，Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ号测线布置在背水坡与探地雷达测线重叠，测线长度43～120m。其中，物探线起始位置0桩号物探测线具体布置

见图1。

图1 物探线布置及渗漏区分布位置 2.1 探地雷达的原理及应用

探地雷达是根据高频（偶极子）电磁波在地下介质中传播的理论，将宽频带短脉冲电滋波经由地面的发射天线送入地下，再经电磁性存在差异的地下地层或目的体反射回地面，由接收天线接收其反射电磁波信号。然后，通过对返回电磁波的时频特征和振幅特征进行分析，便能了解地下的地质特征信息，从而探测堤坝隐患。 探地雷达探测深度及分辨能力与所采用的工作频率有关，工作频率越低探测深度越大，分辨能力越低；工作频率越高，探测深度越浅，分辨能力越高。当工作频率一定时，探测深度又与场地介质的电阻率有关，电阻率越大，探测深度越大，电阻率越小，探测深度越小。在本文所述场地条件下，50m深度可见清晰的断层影像。 分别选取位于坝前坡的Ⅰ号测线、坝顶Ⅳ号测线及背水坡的Ⅵ号测线进行分析。 对于土石坝而言，其主要的组成材料包括：块石、粘土、砂砾石等，在坝体防渗体较均一、土质干容重较大时，雷达在密实坝体材料中的反射波很弱，反射波同相轴连续，视频率均一。而当坝体局部发生渗漏时，在水的作用下，渗漏通道及其周围的粘土等材料处在相对饱和状态，介电常数和电导率增大，与不渗漏的部位形成明显的电性界面，形成雷达剖面上的强反射区，此时，雷达剖面上反射波强度加大，反射波同相轴基本不连续或局部连续。

成果显示：在Ⅰ号测线水平位置66～78m、深约 2～3.5m 处出现异常，Ⅳ号测线水平位置61～75m、深约5.5～7.0m 处出现异常，Ⅵ号测线水平位置63～75m、埋深3～6m出现异常。

雷达波呈现同相轴不连续状况，由于本土坝为均质土坝，雷达工作场周围无大树、电线等其他因素的干扰，因此，此种强反射只能是坝体局部受浸水处于相对饱和状态，与周围未受水浸润土体形成明显的电性界面所造成。正常情况下，土或砂卵石

被空气充填时，它的电导率、相对介电常数较小，而电磁波波速较大；但其中空气被水充填时，它的电导率、相对介电常数较大，而电磁波波速较小。同时，当介质较均一时，层内无反射信息、图像也比较清晰；当介质均一性差时，特别是介电常数相差较大时，层内反射信号增强，并且规律性差。当坝体内的空气被水占据时，电磁反射波波形多呈现细窄、衰减、杂乱无序的特点。结合以上特征推断异常区内的含水量相对较高，为渗流通道。 2.2 高密度电法的原理及应用

高密度电法是电阻率法的一种特殊形式，是电阻率剖面法和测深法的结合。在预先选定的测线和测点上，同时布置几十乃至上百个电极，然后用多芯电缆将它们连接到特制的电极转换装置，后者可根据操作员的指令，将这些电极组合成指定的电极装置和电极距，进而用自动电测仪快速完成多种电极装置和多电极距在观测剖面上多个测点的电阻率法观测。

由大坝背水坡Ⅴ号测线的高密度电法视电阻图可见，测线水平位置65～78m、坝顶以下埋深 2.5～8.3m 处出现一个凹的低阻带。

当土坝由于各种原因存在渗漏通道时，由于通道充水，使得电阻率值降低。通过分析高密度电法的视电阻率断面等值线图的异常特征，可判断渗漏通道位置和相对规模。

综合探地雷达及高密度电法的成果图，可推断出左坝肩渗漏区的大致位置。 2.3 现场踏勘及钻孔检测

在工程踏勘过程中，在左坝肩大坝背水坡坡脚发现渗水现象，结合出逸点位置及水库运行记录，同时针对物探结果，在左坝肩存在渗漏通道的位置布置钻孔，钻孔资料显示左坝肩强风化正长斑岩裂隙发育，破碎严重，埋藏较浅，对钻孔基岩段压水试验结果表明：透水性达到中等透水，局部透水率大，可判定强风化正长斑岩中存在渗漏通道。

3 结语

高密度电法及探地雷达技术作为无损伤的探测技术越来越广泛的应用于水利工程渗漏隐患探测，采用综合物探的方法可以避免某种单一物探方法的局限性。 综合物探弥补了常规地质钻探只能反映坝体单点异常的局限性，可对坝体进行全面检测，发挥点线面结合的优势，并与地质钻探起互补作用。

采用物探与地质钻探相结合的方法可以准确判断坝体内的渗流情况和渗漏通道，对处理方案、处理范围及深度的选定起指导作用。