并行电法在羊角弄水库查漏中的应用

2017-08-23杜洁琴

浙江水利科技 2017年4期

关键词：羊角电法渗流

杜洁琴

（缙云县新建流域水利服务站，浙江缙云 3 2 1 4 0 0）

并行电法在羊角弄水库查漏中的应用

杜洁琴

（缙云县新建流域水利服务站，浙江缙云 3 2 1 4 0 0）

大坝渗漏隐患的准确查找是水库防渗安全评价的重要内容，明确渗流薄弱区的范围、分布、大小以及渗漏病因是有的放矢实施防渗优化设计的关键。早期的小型水库土石坝体的填筑质量较差，大多存在不同程度的渗漏问题，采取稀疏的钻孔难以达到对大坝纵断面全覆盖式检测，以羊角弄水库的渗漏调查为研究对象，利用并行电法技术针对渗漏原因开展现场探测工作。结果显示，并行电法可快速获取大坝纵断面电性色谱图像，反映渗漏薄弱区的分布状况,与钻孔揭露地质资料基本吻合，表明大坝左坝段坝基及坝体存在防渗缺陷是造成大坝渗漏的主要原因。

大坝；渗漏隐患；并行电法；视电阻率图；定向处理

土石坝是充分利用当地材料修筑而成的挡水建筑物，具有造价成本低、施工方便和场地条件要求较为宽松等优点，是我国水库大坝设施的重要组成部分。由于筑坝材料的散粒体结构、地质资料的缺乏、施工质量较差以及后期的运行管理不到位等因素影响下，大坝在长期的运行过程中不可避免的发生散浸、管涌和塌陷等不良渗流现象[1-2]。水库大坝安全监测是掌握大坝运行实时状态和安全状况发展动态趋势的有效手段和方法，为准确认识突发渗流异常现象的过程有重要意义[3]。在大坝渗流安全鉴定中，利用钻孔可直接揭露大坝的地质特征，较为准确地判断坝体和坝基的防渗性能，进一步提出相应的加固措施[4-5]。但是大多数小型水库、山塘监测装置布设还存在不足，钻孔布设也具有较大的随意性，因此一种无损的测试手段对大坝隐患的快速识别显得尤为重要[6]。

水库渗漏并行电法技术探测技术是浙江省水利科技推广主推技术，现场测试速度快、全电场数据的同步采集，丰富的多参数数据体，在水库隐患探测中发挥独特的优势[7]。基于此技术的适用性，在羊角弄水库大坝安全鉴定工作中引进该技术探测大坝隐患，结合钻探资料，更能加合理分析羊角弄水库的渗流状况。

1 羊角弄水库工程概况

1.1 水库概况

羊角弄水库位于壶镇镇仁旦村羊上新村自然村，在瓯江流域好流支流上。水库集雨面积为0.15 km2，总库容为10.82万m3，设计水位255.834 m，是一座以灌溉、饮用为主，结合防洪的小(2)型水利工程。灌溉面积28.2 hm2（423亩）。羊角弄水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道、放水设施等组成。大坝为黏土心墙坝，坝顶高程258.05 m，最大坝高12.00 m，坝顶长度105.00 m，坝顶宽度3.00 ～ 4.00 m。溢洪道位于大坝右端，为宽浅式溢洪道，堰顶高程256.60 m，堰顶宽度12.50 m。

该水库1957年始建，1958年春大坝筑到高9.40 m，为了增加蓄水量，扩大灌溉面积，1974年冬对大坝进行加高，1983年为确保水库安全进行了保坝设计。本次水库现场调查发现，水库坝脚河床位置存在渗漏点，目测漏水量较小、水质清澈。

1.2 地层岩性

库区内出露的基岩为白垩系上统塘上组（K2t），本段岩性主要为紫灰色块状流纹质含角砾玻屑熔结凝灰岩、玻屑熔结凝灰岩、流纹岩夹沉凝灰岩、紫红色凝灰质粉砂岩和砂砾岩，厚250.00 ～ 2 600.00 m。图1为典型的大坝岩土体柱状图，坝址出露的基岩主要为紫红色角砾玻屑熔结凝灰岩。第四系松散堆积层主要为：①第四系残坡积层（Q4el + dl），主要分布在水库左右坝肩山坡上，为灰黄色含砾粉质黏土，现作为耕植土，含植物根茎，厚度较薄，一般10 ～20 cm ；②第四系冲洪积层（Q4al + pl），主要分布在沟谷段，为黄—黄褐色可塑状含砾粉质黏土、局部夹少量砂卵石。

图1 钻孔ZK2典型柱状图

2 并行电法渗漏探测及分析

2.1 探测原理及测线布置

并行电法引入了人工地震数据采集的思想，改进传统高密度电法拘泥于分装置串行采集的弊端，实现并行、高效、大数据瞬时获取的新理念，发挥面向对象的全电场数据同步采集的优势。并行电法有AM法和ABM法2种供电方式，采集过程中，按照一定协议发布供电命令，让任意电极处于供电状态，则其余测量电极同时处于电压采样状态，根据需要可任意提取电法所有装置的数据信息以及海量的自然场、一次场、二次场的全场地电信息[8]。在大坝渗漏检测中，当坝体均匀时，视电阻率等值线呈层状分布，从坝体表部向下一般呈降低趋势。当坝体内存在不均匀土体、裂缝、渗漏通道等隐患时，由于水的作用，使得渗漏区的视电阻率比周围的低，因此，可依据视电阻率等值线的变化情况及曲线形态，结合地质情况和坝体结构特征，推断隐患的性质、产状和埋深等情况[9]。

如图2所示本次在大坝上共布置并行电法测线1条。测线CX1沿平行于坝顶轴线布置，距坝顶斜距2.00 m，共布置49道电极，其中前1 ～ 32道电极距2.50 m，32 ～ 49道电极距为1.00 m，测线总长度94.50 m，其中1号电极位于右岸溢洪道左边墙处。由于坝后坡表层植被较多，提前进行了现场处理，并对每一个电极浇盐水，以求获得高信噪比的地电数据。

图2 坝址区平面图

2.2 数据成果解释

现场采用AM法进行数据采集方式，单次采集只需96 s，即可获取单点电源供电下的二极、三极等数据体，进一步对获得的数据经过配套的软件解编、坐标输入、畸变点剔除、网格化成图等步骤，即可得到反演大坝电阻率分布特征的色谱图像。图3为大坝的视电阻率图，从图3可以看出，当水位距坝顶高程差为4.10 m时，视电阻率值主要在30 ～75 Ω · m，大坝左侧坝体段视电阻率值相对较小，呈闭合状主要在50.00 ～ 74.00 m，深度在7.00 m以下，右岸山体视电阻率值相对较大，未发现明显的低阻异常。

图3 大坝纵向视电阻率断面图

2.3 渗漏原因分析及处理建议

从反演电阻率剖面与大坝工程地质断面对比图（见图4）可以看出，大坝坝体、河床段岩基及坝体与左岸山体接触带部位存在低阻异常区，表明大坝坝体、河床段岩基及坝体与左岸山体接触带部位存在渗流薄弱区。测线CX1上K0 + 046 ～ K0 + 08 m段（以右岸溢洪道左边墙起点计）深度7.00 m以下坝体及岩基低阻异常区是造成当前左坝脚存在渗漏现象的主要原因，右岸山体未发现明显渗漏。建议大坝坝体段采用黏土套井回填处理，坝基段采用帷幕灌浆处理，接触段采用接触灌浆处理。