综合物探法在水库防渗墙渗漏检测中的应用

安 鑫

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 昌吉 831100）

1 工程概况

新疆某水库坝址位于河流中上游中低山丘陵区，整个河谷呈不对称“U”型，左岸有多级阶地发育，岸坡成阶梯状，坝址区河床宽度90 m，左岸出露地层为侏罗系砂岩和泥岩；右岸地层岩性主要由第四系全新统砂砾石、亚砂土组成的阶地；河床段出露地层为第四系全新统冲洪积砾卵石，下部地层主要为侏罗系中统砂岩、泥岩互层。在工程建设过程中，防渗墙建成后，发现防渗墙墙体后面有河水（地下水）涌出，为查明防渗墙的渗漏原因及渗漏位置，进行了相关的物探测试工作[1]。

2 物探方法

根据现场的条件选择用自然电位法和高密度电法进行圈定渗漏的大致范围，进而用声波对穿测定渗漏的部位，最后采用井下电视来验证渗漏是否存在。

2.1 自然电位法

自然电位法测试采用WDDS-1数字电阻率仪，其基本原理是地下水在岩土中流过时将带走部分阳离子，于是上游就会留下多余的负电荷，而下游有多余的正电荷，破坏了正负电荷的平衡，形成了极化[2]。这种结果将在沿水流方向形成电位差，称为过滤电场，自然电位法就是通过测试过滤电场的电位，确定地下水流向及渗漏通道位置[3]。

2.2 高密度电法[4]

高密度电法测试采用E60M 型高密度电法仪，其基本原理是在地表通过供电电极向地下供入直流电，形成人工电场，然后利用测量电极观测其电场分布情况[5]。

正常的地层中，电阻率的分布情况和电场的分布一样，若地层中存在地下水渗漏，则渗漏段的原平衡会遭到破坏，电阻率会出现低阻抗段。高密度电法可以一次布设多个采集电极，采集数据过程中能一次完成多地点断面的纵横勘探[6]；本次野外数据采集使用温纳α排列，测试采用10 m电极距进行测试，供电时间1 s，重复采集次数3次。

2.3 超声波对穿测试[7]

本次测试采用RS-STO2C 非金属声波检测，两个大功率的50 m 对穿探头。超声波对穿检测是将两个声波换能器置于孔底，保持两个换能器处于同一高程，自孔底开始向上逐点测试，测试点距为0.2 m。本次测试对穿孔间距2.0 m，岩体波速计算公式为：V=L/T，V为速度，m/s；L为收、发探头之间的水平距离，m；T为收、发探头间距对应的时差，s。

勘察阶段测试的工程区泥砂岩的声波值在2800～3300 m/s，可以作为本次测试判断基岩的依据。

2.4 井下电视[8]

井下电视采用旋转式超声换能器，对钻孔周围进行全方位扫描，记录采集到的反射波振幅和旅行时间。超声换能器由它在井下有可见光发射器、CCD 成像芯片、井下光纤传输光端机、地面光解调器、图像采集记录显示组成，可见光发射器可以在测试时360°发光，对钻孔内的孔壁岩性反射成像，最后由CCD芯片接收经过光纤电缆将所测的信号传回到主机，井下可视条件好的情况下，返回到地面的信号能实时显示图像，可以将井下的真实情况反馈到地面，检测人员可以实时地观察到钻孔里的岩芯实况。

3 工程测试成果

3.1 自然电位测试成果

本次测试工作布置：沿防渗墙前2 m、防渗墙后2 m各布一条测试剖面，测试成果见图1、图2。

图1 防渗墙0+070～0+165桩号段测试成果

图2 防渗墙0+070～0+165桩号段测试成果

防渗墙前2 m测线沿防渗墙前2 m由北向南布置，由图1 可知，自然电位值整体在0 左右，在桩号0+113～0+139段出现低值异常，特别在桩号0+113～0+128 段出现明显的低值异常，推测为疑似渗漏带；在桩号0+161～0+230 段出现低值异常，特别在桩号0+161～0+185段和桩号0+200～0+230段出现明显的低值异常，推测为疑似渗漏带；其余桩号段测试无明显异常。

防渗墙后2 m测线沿防渗墙后2 m由北向南布置，由图2 可知，自然电位值整体为负值，在-10 左右。在桩号0+113～0+139段出现低值异常，特别在桩号0+113～0+128段出现明显的低值异常，推测为疑似渗漏带；在桩号0+161～0+223 段出现低值异常，特别在桩号0+161～0+185段和桩号0+200～0+223段出现明显的低值异常，推测为疑似渗漏带。

3.2 高密度电法测试成果

该剖面沿防渗墙由北向南布置，高密度电法反演推断成果图见图3。由图3可知，在桩号0+113～0+139 段，有一相对低阻异常，推测为疑似渗漏带；在桩号0+200～0+223 段，有一相对低阻异常，推测为疑似渗漏带。

3.3 超声波对穿测试成果

通过对防渗墙自然电位资料的分析，在不破坏墙体的前提下，利用墙体上原有的灌浆预埋管进行了超声波对穿测试。选取了对等钻孔1#～2#（防渗墙桩号0+226～0+228，设计防渗墙体与基岩接触面在29 m）、钻孔3#～4#（防渗墙桩号0+214～0+216，设计防渗墙体与基岩接触面在30 m）、钻孔5#～6#（防渗墙桩号0+187.6～0+189.6，设计防渗墙体与基岩接触面在36 m）3组钻孔进行了超声波对穿测试。通过测试对穿钻孔之间的墙体（岩体）纵波速度，来判断防渗墙的质量，对穿测试成果表见表1。

图3 沿防渗墙高密度电法测试成果

表1 防渗墙声波对穿测试成果表

3.4 井下电视测试成果

为验证渗漏部位是否存在，通过对防渗墙声波对穿资料的分析，选取5#孔进行井下电视成图。部分测试结果见图4。

由图4 电视图像可见，孔深0～36.0 m 为混凝土，完整性较好；36.0～37.2 m为混凝土和基岩的接触带，空隙较大，通过镜头可见局部有水流涌动；37.2 m 以下为较完整的基岩，基本与声波对穿成果一致。

图4 5#钻孔井下电视部分测试成果

4 结论及总结

综合物探测试成果如下：①所测防渗墙墙体完整、均一性较好；②所测试段防渗墙与基岩接触面均存在不同程度接触不密实，是防渗墙后涌水的主要原因。

为保证工程的质量，对防渗墙与岩体接触面进行灌浆处理。经灌浆处理3 个月后，大坝下游150 m处的一片林带全部枯萎（见图5）。

通过本次工程的测试及验证结果，可见单一的物探方法可以大致圈定渗漏的范围，但不能准确地定位渗漏具体部位，不利于对渗漏原因的分析和后续处理方案的制定；而综合物探可以利用多种手段，从不同的角度在纵向和横向上同时圈定异常的范围，可以低成本高效地解决工程建设中遇到的类似问题，为类似工程提供参考。

图5 防渗墙灌浆处理后下游林带枯萎图