混凝土面板堆石坝表观及渗漏病害的水下检测

左玲玲 张洪星

摘 要：面板堆石坝中堆石体与防渗体是相互依存的结构，因堆石体与面板变形不协调、施工质量参差不齐、不可控外力作用，可能会导致面板、防渗芯墙的局部变形或破坏而产生渗漏。采用无人潜水器（ROV）、多波束声呐、侧扫声呐、光学观察和示踪等水下检测技术，可快速、安全、有效地检测面板堆石坝面板表观缺陷及坝体渗漏病害。

关键词：面板坝；表观；渗漏；水下检测

中图分类号：TV698.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）01-0145-03

Abstract： The rockfill body and impervious body are interdependent structures in concrete faced rockfill dam （CFRD）. Due to the uncoordinated deformation between rockfill body and face slab， uneven construction quality and uncontrollable external force may cause part of the face plate and the impervious core wall to deform or destroy， thus producing the leakage. Using underwater inspection techniques such as unmanned remotely operated vehicle （ROV）， multi-beam sonar， side-scan sonar， optical observation and tracer， the surface defects and leakage defects of concrete face rockfill dam can be detected quickly， safely and effectively.

Keywords： concrete faced rockfill dam （CFRD）； apparent； seepage； underwater detection

1 概述

混凝土面板堆石坝（简称“面板堆石坝”或“面板坝”），是以碾压堆石体为支撑结构，并在其上游表面浇筑混凝土面板作为防渗体的挡水大坝[1]，属于土石坝类型。因其具备坝体断面小、抗滑抗渗、稳定性好、施工方便、工期短、导流简单、抗震性能较好、造价低等优点，近年来得到了迅速的发展。本文主要介绍运营期面板坝常见病害，提出相应水下检测技术，以供类似工程作业参考。

2 面板坝常见病害

面板坝的组材结构特点，使其易发生变形且持续变形时间较长。防渗面板是支撑在垫层和过渡料上的薄板结构，依托在堆石体上部。两结构相互依存但物理性能差异大，导致面板坝病害特点复杂。面板坝区别于其他坝型的重要特点是易发生大坝渗漏，主要原因是防渗面板易发生病害。常见的运营期面板坝主要病害及局部破坏型式为： 渗透面板挤压破坏、面板裂缝、面板塌陷、分缝止水失效和地震震损[1]。

3 检测内容

对于运营期面板堆石坝的水下检测主要是包括两个方面：

（1）面板表觀病害，如防渗面板挤压破坏、裂缝、表面剥蚀、脱落、塌陷、堆积物、脱空等。

（2） 防渗面板渗漏、微观病害等。

防渗面板表观病害，不一定出现渗漏状况；但出现渗漏状况，一定存在表观或微观的病害。所以对于面板坝的检测，一方面要检测表观病害，另一方面要检测渗漏等“内伤”。水下面板坝检测采用的方法和检测内容与目的见表1。

4 检测技术

首先利用多波束或者侧扫声呐对面板坝进行表观检测，然后在表观检测的基础上进行渗漏等微观检测，判断异常空间分布情况，再用ROV携带光学设备抵近进行照相或视频观察，进一步确定其声学检测效果；对于存在可疑渗漏病害的区域，再进一步进行喷墨示踪检测，以确定或验证其是否存在渗漏，如图1所示。

4.1 声呐渗漏检测技术

声呐渗漏检测技术，是利用震电理论与声波在水中的优异传播特性，实现对水流速度场的测量[4]。声呐检测获取水体流速、渗流源方向等数据，能够分析出渗漏部位及破坏程度。

4.2 多波束探测技术

多波束测深系统准实时自动绘制出测区水下彩色等深图，多波束声信号的侧扫成像，可提供直观测时水下地貌特征[5]。

多波束探测系统对面板坝水下部分进行全全方位覆盖扫描，检查面板坝的完整性、过流面变形情况及水下淤积、判断异常的空间分布情况等。以期判断面板坝表观病害及其面板上的堆积物，判断面板平整程度及其病害异常的空间分布情况。

4.3 水下无人潜航器探查技术

水下无人潜航器（ROV）是一种工作于水下的作业平台，能够在恶劣水下环境、下潜深度增加条件下，替代潜水员，安全、高效地完成作业。ROV已成为水下检测作业的重要工作平台，可以搭载水下摄像设备、二维图像声呐、三维声呐等检测设备，如图2所示。对采用水下多波束发现的异常情况采用水下无人潜航器（ROV）搭载水下光学摄像设备及二维图像声呐等检测设备，对面板坝重点关注部位、异常部位进行直观检查验证。

4.4 水下喷墨示踪技术

为了验证声呐水下探测面板坝集中渗漏通道的准确性，对渗漏量较大的集中渗漏点，可由ROV搭载水下喷墨示踪和高清摄像设备，对渗漏点的位置、渗漏流向和水下形态采用水下动态高清摄像，检测及验证集中渗漏点渗漏状态。从坝上游渗漏入口导入示踪染料流到坝下游渗漏的出水口，根据示踪染料平均行程时间，检测、验证声呐探测的坝体上下游的渗漏点。

5 检测技术应用

某水电站河床布置主坝，左岸条形山脊上布置副坝；溢洪道布置在左岸，位于主、副坝之间；泄洪洞布置在溢洪道左侧山体中；地下引水发电厂房布置在右岸。主坝和副坝均为混凝土面板堆石坝，坝顶高程482.50m，坝顶宽10.00m，主坝坝顶长423.75m，最大坝高185.50m，副坝坝顶长233.78m，最大坝高50.50m，主、副坝上下游坝坡均为1：1.4。

经长时间运行后发现坝体结构存在渗漏现象，根据现场实际情况使用多种方法进行渗漏检测工作。根据面板坝水下的实际面积、长、宽等参数，设计合适的侧线进行多波束或侧扫声呐扫描、声呐渗漏检测，以便准确、无遗漏地进行面板坝的表观病害及渗漏微观检测。测线设计布置思路以某面板坝为例，如图3所示。

水下多波束探测系统的测线顺探测区域按长轴方向布置，以相邻测线至少重复观测20%为原则进行布置，要求完成探测区域水底全覆盖探查。了解探测区水底整体情况，初步判断异常的空间分布情况。整个探测过程包括测前试验、测前准备和数据采集。根据初步数据数据处理结果判断面板平整程度及其病害异常的空间分布情况（如图4所示），为下一步的渗漏检测、光学抵近观察奠定基础。

根据多波束探测的异常空间分布的疑似渗漏位置进行详细观察，并结合勘测设计、施工、监理及大坝安全监测等资料的分析，初步判断面板、坝基、坝肩接缝可能存在几处渗漏，如图5所示。

用声呐测量仪检测防渗面板渗漏破坏，通过在全面板区域布置检测点网格，检测出整个水下面板区域的渗漏流速场，从而方便地判断出大坝渗漏发生部位。由配套的专门软件将检测的流速数据生成渗漏流速等值线分布图，清晰展现出渗漏部位。此外，渗漏检测还包括大坝面板区域水下声呐渗漏流速场检测、面板垂直缝沿挤压破坏区等。

根据多波束和渗漏声呐的检测结果，利用水下无人潜航器ROV对疑似渗漏点进行檢查和确认。利用无人潜航器上的高清摄像头对疑似渗漏区进行观察。对可疑点进行喷墨示踪确认（如图6所示），最终得出该坝体在坝面和坝肩区域各有一处渗漏。

6 结束语

如果不能及时检测出面板坝存在的病害并及时处理，会导致危害加剧，造成较大损失。采用无人潜水器ROV为搭载平台的多项水下检测技术，通过多波束探测系统和声呐渗漏探测系统判断渗漏位置及状况，再通过ROV携带的设备进行高清照相或视频观察和喷墨示踪检测，确定其是否真的存在渗漏情况。实际工程应用案例证实，该套水下检测技术方案针对面板坝表观和渗漏检测的可行性和有效性。

参考文献：

[1]钮新强，谭界雄，田金章.混凝土面板堆石坝病害特点及其除险加固[J].人民长江，2016，47（13）：1-5.

[2]钮新强.高面板堆石坝安全与思考[J].水力发电学报，2017，36（1）：104-111.

[3]谭界雄，王秘学，高大水.白云水电站混凝土面板堆石坝渗漏处理设计[J].大坝与安全，2016（04）：1-5.

[4]高大水，陈艳，杜国平.声纳渗漏检测技术在闸坝检测中的应用[J].人民长江，2016，47（5）：73-77.

[5]马耀昌，惠燕莉，李自斌.多波束探测系统在炸礁竣工测量中的应用[J].科技前沿，2008（28）：351-353.