渗漏探测及定向处理技术在大坝中的应用

余 斐，王 强，乔海娟，褚高强

(1.浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020；2.水利部农村电气化研究所，浙江 杭州 310012；3.水利部农村水电工程技术研究中心，浙江 杭州 310012)

1 问题的提出

1960年到1979年左右，浙江省兴建了多个山塘和小(2)型水库，由于缺少资金、技术及机械，这些水利工程多是村民自发完成；工程缺少勘察、设计、施工、运行等相关资料。经过长期运行，部分塘坝、水库的大坝出现了渗漏现象，需要进行安全鉴定及处理[1_5]。传统的大坝除险加固多采用斜墙或心墙加固方案，坝基进行灌浆处理。由于这种方法需对整个大坝进行处理，缺少针对性，增加了经济成本。准确判断大坝渗漏位置，并进行灌浆定向处理，不仅能够加快除险加固的工期，而且提高了经济效益，大大节约了渗漏处理成本。采用网络并行电法进行渗漏探测，划分渗漏区域，结合现场定向处理技术进行堵漏，可以作为一种新的除险加固方向。

2 主要思路及方法

网络并行电法是一种改进的电法探测技术，相比传统的高密度电法，具有测试速度快、资料解译快的特点，现场可以读取成果。不同含水率的岩土体，其电阻率具有明显差异，当土体中含水率相对周围偏多时，导电性变高，电阻率图上表现为低阻异常区。在视电阻率和反演电阻率图上圈定可能的低阻区，并初判为渗漏区域。通过现场钻孔并进行注水、压水试验，进行对比；当心墙坝土体现场渗透系数小于1E_05 cm/s，均质坝土体现场渗透系数小于1E_04 cm/s，可判断为渗漏区域。

在渗漏区域进行灌浆，可以采用1～2排灌浆孔方案，灌浆孔间距可采用0.5～2 m不等间距。土体中进行水泥粘土灌浆，岩体中进行水泥灌浆；灌浆不仅能够进行堵漏，也能提高坝体及坝基的稳定性和安全性。施工期间进行灌浆效果的检测，通过检查孔进行注水、压水试验对比灌浆引起岩土体渗透性的变化。下游渗水点布置量水堰观察渗水量的变化，当检查孔岩土体渗透系数相对灌浆前较小并满足规范要求，下游渗水点水量明显降低时，可以判断渗漏处理效果较好[6_8]。

3 试验大坝实例

3.1 工区概况

选定试验的山塘总库容为3.6万 m3，坝长50 m，坝高16 m，为均质坝。该山塘2014年进行过除险加固处理，坝体采用套井回填，坝基未采取帷幕灌浆处理。目前坝脚排水棱体存在明显渗漏。

根据现场调查，该山塘坝体套井曾出现严重塌孔事故，塌孔段主要位于老涵管右侧，塌孔后采取水泥粘土回填，套井深度未达岩基。另外，施工时桩号K0+018～K0+020 m段(自溢洪道左挡墙边起算)上游大方脚附近出现过塌方事故。

3.2 网络并行电法测试成果

本次渗漏探测在塘坝共布置4条电法测线(见图1)，测线走向平行大坝轴向。现场电法探测采用AM法，4条测线均位于背水坡，其中测线CX1沿坝顶轴线下游布置，电极距为1 m，总长度为50 m；测线CX2位于坝背水侧距坝顶2 m，电极距为1 m，总长度50 m，与CX1平距1.5 m；测线CX3位于背水坡侧，电极距为1 m，总长度为50 m，高程约135 m；测线CX4位于下游一级马道以上坝坡，电极距为1 m，总长度为45 m，测线高程约128 m。

图1塘坝渗漏示意

通过电法探测解译表明，溢洪道及涵管附近存在疑似渗漏的低阻区，其中涵管附近的低阻区范围较广且深度大，与下游渗漏点可能存在联系。根据探测CX2剖面与套井剖面对比(见图2)，老涵管右侧16 m套井范围为塌孔段，老涵管右侧10 m范围存在连续塌孔；该段为渗漏薄弱区，与探测区低阻较为一致。测线CX2反映低阻区位于右岸，显示渗漏水流从左岸稍向右岸偏移。溢洪道附近坝体及坝基也存在渗漏隐患，但程度较小。为消除大坝存在的安全隐患，发挥其水库应有的效益，必须对大坝进行防渗加固处理。

图2探测CX2剖面与套井剖面对比

3.3 灌浆方案及技术要求

坝体灌浆范围为桩号K_0+004～K0+048.4，共52.4 m。现场布置1排灌浆孔，灌浆中心线与大坝套井中心一致，孔距1.5 m。施工时按三序进行施工，先灌Ⅰ序孔、再灌Ⅱ序孔、最后灌Ⅲ序孔，各灌浆序次不得打乱，必要时补孔继续灌注。根据现场灌浆需要，在溢洪道进行了补充灌浆孔，各孔深均应深入相对不透水层2 m。另外，还在坝顶布置了4只检查孔。

充填灌浆采用掺20%普通硅酸盐水泥的粘土浆，试验时加入一定量的速凝剂，主要目的是提高强度，缩短固结时间。灌浆用的粘土含量≥30%总干土重，含砂率<30%，密度1.4～1.6 m3，粘度30～60 s，含水量70～90 ml。充填灌浆压力控制在0.05～0.1 MPa，施工过程中根据灌浆深度和现场实际情况进行了灌浆压力的调整。充填灌浆段长一般为5.0 m，一次成孔，由下至上，分段拔管灌浆，最后一段至坝顶以下2 m。灌浆管底口位置为灌浆段底以下1.5 m，即灌浆管底口伸入已灌段中1.5 m。

灌浆原则为：稀浆开始，浓浆灌注，分序施灌，先疏后密，少灌多复，控制浆量。开灌时用1.3g/cm3左右的稀浆，缓慢进浆，再逐步加快灌浆速度，按照规范要求进行变浆和灌浆，并进行反复多次进行复灌；复灌次数一般都不少于3次，复灌时间为1～2 d。

3.4 灌浆施工步骤

坝体共布置23只灌浆孔，采用回旋钻进，泥浆护壁成孔，成孔时可用套管进行取土。钻孔要保证竖直、孔底倾斜率不大于2.0%；注浆管下至孔底小于30 cm，每灌一段，上把套管一段；在试验塘坝当地选择粘土料场进行室内试验，制浆时根据泥浆容重、粘度等确定加浆量。灌浆顺序为：先Ⅰ序孔，后Ⅱ序孔，再灌Ⅲ序孔，最后是补灌孔。每孔灌浆顺序为：先灌接触带基岩位置，灌好后再灌坝体。

3.5 渗漏处理效果检测

根据施工前先导孔的现场注水表明，大坝坝体为强～中透水性，灌浆结束后，在大坝渗漏重点坝段布置了4个检查孔，从检查孔注水试验的结果来看，坝体已为弱透水层，达到了预期的防渗要求(见表1)。试验表明，灌浆后，大坝渗透性明显降低并满足规范要求。

表1 灌浆后检查孔1注水及压水试验

施工前后，进行了库水位与渗漏点流量的对比，通过对比表明，渗漏量从施工前的最大5.62 L/s到施工完成后的0.34 L/s，渗漏量降低94%，渗漏处理效果明显(见图3)。

图3灌浆过程中库水位和渗流量对比

通过资料分析、检查孔及渗漏量对比观测，表明大坝渗透性能明显改善，水库已基本能满足较高水位的蓄水要求，施工灌浆效果明显，达到了防渗的目的。试验表明，大坝渗漏探测及定向处理可以有效堵漏。

4 主要结论

本文对大坝渗漏探测及处理进行了试验和研究，用网络并行电法探测，灌浆定向处理，注压水试验及渗漏量观测。得出如下主要结论：

(1)网络并行电法能够查明大坝渗漏范围及深度，追踪渗漏通道及流向。

(2)定向灌浆处理水库渗漏，取得较好的经济和社会效益。

(3)灌浆需进行多种方法验证，结合检查孔、渗漏量观测等方法。