地下水流速测定在水库堤坝渗漏检测中的应用

渗漏是水库堤坝常见危害，若不及时处理，轻则导致水库水量损失，水位无法到达正常蓄水位，影响水库发挥正常的使用功能。严重渗漏问题会威胁水库堤坝安全稳定，突发的溃坝更会给下游居民的生产生活带来灾难。在处理水库堤坝渗漏问题之前，需对存在渗漏现象的堤坝进行渗漏检测，查明渗漏区域、渗漏规模和渗漏通道，合理选择防渗措施。水库蓄水运行期间，由于坝区水压力的变化、地质条件的复杂、荷载组合多变等因素致使渗漏检测存在一定难度。因此探索一个有效的检测方法对于水库渗漏检测具有重要的指导意义。本文以某水利枢纽工程为例，探讨地下水流速测定在水库渗漏检测中的应用。

一、工程基本情况

某水利枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道等建筑物组成，主坝坝型为沥青混凝土心墙堆石坝，主坝坝顶高程为730.80m。该工程正常蓄水位724.0m，死水位707.0m，防洪限制水位724.0m，设计洪水位729.09m，校核洪水位731.18m，总库容3.04亿m3。在蓄水过程中，水位升至692.0m时，水库左、右坝肩出现渗漏现象。

二、地下水流速测定原理

选取放射性同位素单孔稀释示踪法测定地下水流速，其原理是将投源孔中的水体与投放的示踪剂均匀混合，钻孔内流动的地下水会稀释孔内示踪剂，使得示踪剂浓度降低。由于孔内不同深度的地下水流速具有差异，所以示踪剂浓度变化有快慢之分，根据这种关系，通过计算示踪剂浓度变化快慢，即可求出孔内地下水渗透流速，根据流速大小划分出各钻孔不同深度地下水的渗漏程度等级。该种方法能高效、快捷地测定地下水渗流速度、渗透流向等参数，有利于准确分析地下水渗流场的动态过程。

三、地下水流速测定试验实施及检测结果分析与评价

1.试验孔布设

渗漏检测过程中，通过对左、右坝肩出现渗漏及异常现象的分析，沿坝轴线在防渗心墙下游侧坝顶布置检测孔5个，坝体心墙上游侧布置检测孔3个，采用地下水流速流向仪进行孔内地下水流速测定。通过各孔的流速测定结果分析不同深度上的流速差异，判定坝基各部位的渗漏情况。

2.流速测定结果

地下水流速测定成果如图1所示。

（1）心墙下游侧坝顶1孔

钻进过程中发现沥青混凝土心墙下游过渡料层内随机分布大量卵石，含有漂石，钻进过程中局部有漏浆现象；其中在底梁附近，钻进过程中漏浆严重，且漏浆速度较快，该段多以卵石及碎石为主，空隙大，浆液扩散迅速。

该孔共进行29个点的流速测定，其中有7个点流速介于0.05～0.1cm/s之间，有11个点流速大于0.1cm/s，流速最大值为0.36cm/s，位于底梁一带。总体看流速较大段主要集中出现在坝基防渗墙中上部，基岩以下段流速值总体相对偏小，个别部位偏大。底梁一带地下水流速大，是造成钻孔浆液跑漏的主要原因。

（2）心墙下游侧坝顶2孔

钻进过程中揭露的过渡料层物质组成情况与前孔基本一致，钻进过程中局部有漏浆现象；底梁附近段较其他段漏浆严重，且漏浆速度较快。该段所取卵石磨圆较好，稍有黏土附着。

该孔共进行37个点的流速测定，其中有9个点流速介于0.05～0.1cm/s之间有4个点流速大于0.1cm/s，最大流速为0.96cm/s，位于底梁下部。总体看流速大于0.05cm/s检测点均位于坝基防渗墙段。

（3）心墙上游侧坝坡3孔

钻进过程中揭露的混凝土心墙下游过渡料层物质组成与前孔基本一致，钻进过程中局部有漏浆现象；底梁附近钻进过程中漏浆较为严重，该段组成物质情况多以碎石、卵石为主，空隙大。

该孔共进行38个点的流速测定，其中有10个点流速介于0.05～0.1cm/s之间， 10个点流速大于0.1cm/s，流速最大值为0.19cm/s，位于坝基防渗墙中部，底梁一带流带最大值达0.17cm/s。总体看防渗墙中上部流速值均偏大。

（4）心墙下游侧坝顶4孔

钻进过程中揭露沥青混凝土心墙下游过渡料层内随机分布大量卵石，含漂石，底梁附近段钻进过程中跑浆较为严重，漏浆速度较快，组成物质多以碎石、卵砾石为主，空隙大。

该孔共进行29个点的流速测定，其中有16个点流速介于0.05～0.1cm/s之间，有3个点流速大于0.1cm/s，最大流速值为0.25 cm/s，位于底梁一带。

（5）心墙上游坝坡5孔

钻进过程中揭露沥青混凝土心墙下游过渡料层内随机分布大量卵石，含漂石，钻进过程中有漏浆现象；底梁附近钻进过程中漏浆较为严重，所取卵石磨圆较好，含碎石。

该孔共进行22个点的流速测定，其中共4个点流速介于0.05～0.1cm/s之间， 12个点流速大于0.1cm/s，最大值为0.21cm/s，防渗墙中部。底梁一带流速为0.17cm/s。

（6）心墙下游侧坝顶6孔

钻进过程中揭露沥青混凝土心墙下游过渡料层内随机分布大量卵石，含漂石，钻进过程中有漏浆现象；钻进至底梁附近漏浆较为严重，取芯卵石磨圆较好，并有碎石，粒径较大，空隙大。继续钻进至防渗墙底部揭露18cm厚卵砾石后见到基岩，卵砾石粒径较大，磨圆较好，水流冲刷现象明显，说明防渗墙底部存在沉渣。从防渗墙取芯情况看，该孔混凝土防渗墙质量较好，未见明显孔洞及砂砾石夹层等情况。

该孔共进行33个点的流速测定，其中有3个点流速介于0.05～0.1cm/s之间，有28个点流速大于0.1cm/s，由于钻孔穿透防渗墙底部，存在较厚的砂砾石，与库水之间水力联系较为密切，钻孔内水位上升较大，存在向上水流，在此处孔内水流向覆盖层下游方向渗流，所以孔内在此处向上渗流速度逐渐减小。该孔流速无法真实反应底梁一带流速。

该孔检测结果说明，如果防渗墙及与基岩接触带防渗效果不好，向下游必然产生较大渗水压力，同样会存在较大渗漏的可能。

（7）心墙下游侧坝顶7孔

钻进过程中实际揭露沥青混凝土心墙下游过渡料层内随机分布大量卵石，含漂石，钻进过程中有漏浆现象；底梁附近段未出现漏浆现象，底梁下部所取岩性为较厚的粘性土。

该孔段共进行28个点的流速测定，其中有8个检测点流速介于0.05～0.1cm/s之间，最大流速为0.095cm/s，位于防渗墙下部基岩内。防渗墙段最大流速为0.07cm/s，底梁下部地下水流速为0.05cm/s左右，相对其他检测孔，该部位流速很小。

（8）心墙上游坝坡8孔

钻进过程中实际揭露沥青混凝土心墙下游过渡料层内随机分布大量卵石，含漂石，钻进过程中有漏浆现象；底梁附近段无漏浆现象，有底梁下部所取岩性为较厚的粘性土。

该孔段共进行27个点的流速测定，其中有10个检测点流速介于0.05～0.1cm/s之间，有1个检测点流速为0.27cm/s，位于防渗墙下部基岩内。底梁一带流速为0.07cm/s左右，相比其他检测孔该部位的流速很小。

图1 各孔数流速～高程曲线图

3.各孔异常流速分析

通过统计分析：2孔、4孔、6孔、1孔及3孔在底梁附近，各孔相应部位流速较大，多大于0.1cm/s，而对应部位在钻进过程中均存在较严重的漏浆情况。混凝土防渗墙多个部位地下水流速介于0.05～0.1cm/s之间，个别部位地下水流超过0.1cm/s，并且在各孔总测定长度中所占比例较大。因此，根据本次流带检测结果判断，混凝土防渗墙局部存在渗漏问题。

4.综合分析

各孔流速测定结果表明：底梁以下防渗墙及与基岩接触带均存在流速偏大情况，河床中部及右侧检测孔，流速测定结果也表明底梁及以下防渗墙段局部存在流速偏大部位，多分布在底梁及以下防渗墙浅部。防渗墙以下基岩段局部有流速偏大较明显部位，主要在河床右侧覆盖层相对较薄地段，随着基岩的加深，测得流速值渐小。

河床段现有检测孔检测结果总体表明：防渗墙及下部基岩存在不同程度的渗漏问题，底梁及浅部防渗墙局部渗漏问题较严重，且河床两侧覆盖层相对较薄段相对严重。

四、结论

本文采用地下水流速测定方法对某水库堤坝进行渗漏检测，选取代表性部位作为检测孔，采用地下水流速流向仪进行孔内地下水流速测定，根据各检测孔流速与高程关系曲线，判断分析不同深度上的流速差异，从而确定堤坝渗漏点及渗漏情况，为查明渗漏途径及渗漏趋势提供了工程应用实例。实际上水库渗漏情况非常复杂，单一地下水流速测定方法并不能准确探获渗漏通道的位置及特征。堤坝渗漏探测方法还可以采用工程地质钻探、水位观测、示踪试验、钻孔电视、水温观测及模拟分析等多种手段、多种方法综合分析、验证。因此，渗流检测技术需要深入发展，高效渗漏检测技术或成为未来研究方向■