综合物探方法在大坝渗漏探测中的应用

肖长安 王国滢 曾宪强 何世聪 邓安迪

综合物探方法在大坝渗漏探测中的应用

肖长安 王国滢 曾宪强 何世聪 邓安迪

（中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院 云南昆明 650041）

本文介绍了包括自然电场法、伪随机流场拟合法在内的多种物探方法在云南某水电站大坝渗漏检测中的应用情况。通过选择两种或两种以上物探方法在水库大坝渗漏探测上的应用，充分发挥了各种物探方法的优势，取长补短、相互验证，从而提高了物探成果的可靠性和准确性，并通过对现场地质、水位观测资料的大量收集分析，为最终物探成果的综合解释提供了强有力的依据。本文总结了综合物探方法在水库大坝渗漏探测中的应用经验，初步探讨了综合物探方法与单一物探方法相比具有的优点。

综合物探 水库大坝 渗漏

引言

目前，随着国家西部大开发战略的进一步实施，各种水库、电站正处于建设的高潮。一些电站、水库建成运行一段时间后，会出现不同程度的渗漏问题。众所周知，渗漏是堤坝的大害，如不及时处理可能会造成溃坝的危险，影响电站、水库的正常运行，严重者甚至威胁到电站、水库的安全，给国家和人民生命财产造成不可估量的损失。

在对渗漏进行工程处理之前，必须先查清渗漏或管涌的区域、渗漏的路径、渗漏的规模等等。但是如何有效、准确地查清水库大坝渗漏区域、渗漏路径一直是困扰着水电勘测单位的问题。以往解决该问题的方法主要是现场观察，水位观测资料分析、地质钻孔资料及单一的物探方法等等，但这些方法均有其局限性。首先现场观察、水位观测资料分析，只能对水库或大坝是否存在渗漏进行定性判定，而对其具体位置、路径及规模均无法判定。地质钻孔造价高，效率低且钻孔资料只是“一孔之见”，不能全面反映水库大坝的渗漏情况。由于物探方法存在多解性，且一种物探方法不能解决所有的问题，其探测成果准确率低、精度低。本文拟采用综合物探方法对水库、大坝渗漏进行综合探测，以达到提高探测精度和准确率的目的。此外笔者在进行资料解释时，收集了相关的地质资料、水位观测资料以及现场渗水点的观察资料（含照片、坐标等）进行综合分析，从而提高了探测成果的可靠性、准确性以及精度。

1 综合物探方法

综合物探方法就是采用两种或两种以上的物探方法对目的体进行综合探测。物探方法选择的原则是，首先尽量选择不同物性参数的物探方法进行组合，使得测试参数多样化，从不同的物性参数角度来表现同一个探测目的体；其次在探测深度上应遵循“深浅相结合”的原则，即应选择探测深度浅精度高和探测深度大精度相对较低的方法进行组合，使探测信息更加丰富、完整，解释成果更加全面，对工程的设计施工更加富有指导意义。

笔者根据多年的物探工作经验，总结出对于水库、大坝渗漏探测的一套综合物探方法以及资料分析解释的方法。

（1）首先，在开展水库、大坝渗漏探测前，应对现场进行踏勘，收集大坝、水库相关的设计、地质、水位监测、安全鉴定等资料。此外，还应对大坝附近区域进行观察，察看是否有明显的渗水点，并收集相关资料以便进行资料分析解释。

（2）物探方法的选择。目前能用于水库、大坝渗漏的物探方法很多、很杂，在此推荐一个综合物探方法供读者参考，就是采用自然电场法、伪随机流场拟合法、激发极化法和示踪法进行综合探测。

（3）工作思路。首先采用自然电场法（电位观测法）和伪随机流场拟合法，对水库进行面积性普查，在发现的异常区域内进行加密测试，准确圈出渗漏异常区域；其次，在水库库岸和大坝坝顶、坝后背水面采用自然电场法（电位观测法和梯度法）和激发极化法进行综合探测，确定渗漏的类型（绕坝、坝体、坝基渗漏）以及渗漏通道的深度；最后在库内发现的异常区投入示踪剂在下游进行观测，以确定渗漏的通道路径，在观测的同时应记录下投入示踪剂的时间和示踪剂在出水口流出的时间，计算渗流速度，再结合渗漏水量进行渗漏规模推算。

（4）测线的布置。在测区内按网格状布置测线。

（5）资料的分析解释。在测区内应将同测线不同方法和同一种方法不同深度成果进行对比分析，判断是否存在异常。通过对所有测线进行分析对比，找出渗漏区域后，再结合工作前收集到的相关资料进行综合分析论证，提高探测成果的可靠性和准确性。

2 应用实例

2.1工程概况

云南某电站大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高61.5m，坝顶高程618m,坝顶长330m，坝顶宽8m，上游设高1.2m的防浪墙。趾板开挖最低高程为556.5m，上、下游坝坡均采用1∶1.4。大坝坐落在覆盖层上，趾板下采用80cm厚混凝土防渗墙接基岩帷幕灌浆，帷幕透水率5Lu。

该水电站2007年5月正式开工，2010年7月19日开始下闸蓄水，蓄水后坝脚即出现明显渗漏，至2011年9月水库蓄水至正常水位时渗漏量约220L/s，与类似工程相比，渗水量偏大。因此，业主方要求查明水库、大坝渗漏的区域、渗漏的类型、渗漏的通道及渗漏规模。

2.2工程地质情况

坝基左岸主要为长石石英砂岩、泥质粉砂岩、细砂岩夹少量炭质泥岩，弱风化，岩体结构完整性较好，发育节理主要为层节理，岩层产状为N55°～80°W，NE∠50°～75°。右岸主要为泥质粉砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩夹炭质泥岩，岩体完整性差，节理发育，强风化-弱风化，岩层产状N15°E，NW∠35°。

左岸趾板基础为弱风化长石石英砂岩，岩体完整性较好，层节理较发育；右岸趾板基础大部分为弱风化基岩，岩性主要为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹少量长石石英砂岩，其中趾板X6～X9点段主要为强风化。

2.3物探方法

根据任务要求，采用了自然电场法和伪随机流场拟合法在库区内水库底部和浅部开展普查工作，在发现的异常区进行加密测试，确定渗漏区域后，在异常区域内投入食盐，在坝后量水堰进行了电阻率测试。

2.4工作布置

共布置27个剖面，其中，自然电场法剖面21个，测点距5m；伪随机流场拟合法剖面20个，测点距5m；电阻率剖面法剖面2个，测点距5m。剖面主要布置在水库区，大坝、量水堰及坝肩均有少量布置。剖面布置遵循“从左至右，从上到下，纵横交错”的原则。具体剖面布置见图1。

图1 云南某电站大坝渗漏检测物探工作布置及渗漏区域平面分布图

2.5综合物探资料解释

2.5.1 渗漏异常区

图2为H6剖面综合物探成果图。从图中可以看出，电流密度曲线在剖面桩号0～180m段处于低值范围，无明显异常。190～240m段库底探测曲线有一高值异常，幅度较低，范围较宽。浅部探测曲线无明显异常。270～295m段有一明显高值异常，为库水垂直渗漏引起。295～305m段电流密度值恢复正常。自然电位曲线在5～50m段仍有低值异常，浅部探测值与库底探测值差异较大，但基本保持平行。在270～300m段，浅部与库底探测均有低值异常，为库水垂直渗漏引起，与相应位置的电流密度高值异常对应很好。

图3和图4为水库底部电流密度和自然电位等值线图。从图中可以看出，图3电流密度高值异常区与图4自然电位负值异常部位为同一位置的异常反映，推测为水库渗漏区。

2.5.2 渗漏类型分析

（1）绕坝渗漏的可能性。图5为水库右岸Z14剖面的自然电位变化曲线图。从图中可以看出，剖面小桩号至大桩号自然电位值均有先增大后减小的趋势。Z14剖面80～180m段均有高电位异常反映，且异常幅度较大，说明右岸坝肩地下水位远高于库水位。渗流层较大的压差，能形成较强的自然电场，这就排除了绕坝渗漏的可能性。

图2 H6剖面综合物探成果图

图3 库底电流密度等值线图

图4 库底自然电位等值线图

图5 剖面Z14自然电位变化曲线图

（2）坝基渗漏的可能性。渗流区位于右坝肩趾板X6～X9帷幕灌浆区的护坡锚拉板区，该区地质条件较复杂，岩石为软岩类，岩性主要为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹少量长石石英砂岩，受F15断层和Gb1挤压带及小断层影响，岩石破碎，岩体结构为Ⅳ类。基础开挖时在趾板X6～X9段潮湿，局部见渗水现象。软岩类的泥岩开挖卸荷后，开挖面易失水干裂产生裂隙，该裂隙会继承原构造裂隙发育，顺层或追踪裂隙贯通形成渗漏通道。以上情况说明，裂隙发育的软质岩石地基仍有较好的透水性，坝的右半部分存在坝基浅表渗漏的可能性。

（3）坝体渗漏的可能性。右坝肩趾板X6～X9帷幕灌浆虽按5Lu进行设计，若存在施工缺陷，渗漏区渗水可穿帷幕进入坝体和下渗至地基。从大坝水位监测孔的水位分析中可以看出，大坝绝大部分钻孔浸润线均较低，但DB-HW-04孔忽然壅高，说明坝体存在局部渗水通道。

2.5.3 渗漏路径

图6为下游量水堰投盐前、后水体电阻率变化曲线图。从图中可以看出，在投盐后前3次观测水体电阻率值与水体的原始电阻率无明显差异，而投盐后第4次观测水体电阻率明显低于未投盐时和前3次观测的电阻率。这说明此时库内异常区域的盐水已经渗漏至量水堰。这也充分说明了库内发现的渗漏区域与量水堰是连通的，量水堰中的水系库内渗漏区域渗出的，库水由渗漏异常区经过坝基和坝体流向下游量水堰。

2.5.4 流速估算

投盐约18h后量水堰水体电阻率发生陡降，说明盐水由库内渗漏异常区至量水堰所需的时间约18h，路径长度（按直线算）约237m。这样可估算出渗漏水的流速约为13.2m/h，渗漏水流速较低，可推测该电站的水库大坝无集中渗漏通道。

图6 剖面JS1电阻率变化曲线图

3 结束语

（1）本次采用自然电场法、伪随机流场拟合法和电阻率剖面法的综合物探方法对云南某电站大坝渗漏进行探测，查明了该电站水库的渗漏区域。结合设计、地质及水位监测资料进行综合分析，查明了该水电站水库渗漏类型是坝基和坝体渗漏两种综合的结果。查明了该水电站水库渗漏的路径并估算出渗流速为13.2m/h，推测为无集中渗漏通道。

（2）本次采用综合物探方法在水库渗漏探测方面取得了较好的效果，为今后物探工作的开展拓宽了思路，打破了以往使用单一物探方法探测的常规思维。

（3）物探方法为间接探测的方法，影响其探测解释成果的因素很多，如地形影响，电磁类方法还会受电磁干扰等。因此采用多种物探方法相互验证、相互补充是提高物探成果的有效方法之一。

（4）开展物探工作时，必须以地质调查工作为先导，了解测区的工程地质概况、水文资料等为后期资料的处理和成果的分析提供依据。

（5）综合物探方法的优势在于采用两种及以上常规物探方法，各自发挥其优势，取长补短，相互补充，相互验证，以达到提高探测效果和解释精度的目的。在物探方法选择时应根据不同的探测深度、精度的要求，选择不同物探方法进行组合。此外，在选择物探方法时应根据情况尽量选择不同物性的方法进行组合，对提高探测成果准确性和可靠性更有益处。

1 中国水利电力物探科技信息网. 工程物探手测[M]. 北京：中国水利电力出版社，2011：79-200.

2 DL/T5010—2005. 水电水利工程物探规程[S]. 北京：中国电力出版社，2005.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.02.017

P631

B

1672-2469（2014）02-0054-04

肖长安（1977年- ），男，高级工程师。