综合物探法在病险水库安全评估检测中的应用

陈崑

（上海勘测设计研究院有限公司，上海 200434）

0 引言

病险水库工程检测中的综合物探方法主要有探地雷达法、激发极化法、高密度电法和瑞雷面波法等，但是病险水库由于修建年代久远，堤防土质复杂，仅采用一种物探技术必定会影响评估结果的真实准确性。为此，必须选择不同物性参数的物探技术组合应用，从不同角度反映探测对象的具体特征，确保测试数据的层次性与详实性；此外，还应遵循探测深度浅则精度高、探测深度大则精度低的组合原则，保证探测信息完整全面，更具解释性。

1 工程概况

某病险水库为三级配土坝，坝高35 m，正常蓄水位253 m，在水库运行期间当蓄水位升高至228 m高程时，水库左岸C15混凝土防渗墙和山体连接处存在集中渗水现象，渗漏量达到34 m3/h；下游坝坡浸润线持续升高，并在坡脚处发生大面积散浸，总渗水量超出设计允许渗漏量。该水库防护堤堤身填筑材料主要为黄红色网状粘土、风化板岩岩土、泥质构造粉砂岩及紫红色泥岩，水库水文地质简单，地下水主要为松散岩层孔隙水。为尽快查明渗水原因，采取有效的处治措施，必须通过综合物探技术对水库渗漏部位、具体渗漏量、可能渗漏原因、病害发展趋势等进行探测分析，为渗漏处理提供数据支撑及宝贵资料。

2 检测思路和方法

水库管理部门基于该病险水库实际特点，先运用高密度电阻率法全面检查堤身，对于相对异常地段再结合探地雷达和激发极化法详细勘察，同时采用超声波对穿测试对浅部代表性强的地段分层检测。结合检测及验证结果，客观准确评价堤防质量。根据以上所提出的综合物探检测思路，将野外现场采集的原始数据转存储、预处理后，通过Surfer 软件生成视电阻率断面图，结合图中电性分布实际进行地质体视电阻率变动范围的判断，并将电性异常电圈出后分析原因，剔除干扰异常后得出真异常。应用基于高密度电法的RES2DIV反演软件将真异常值反演处理后生成视电阻率层析成像图，以真实反映病险水库地质体介质视电阻率分布情况，据此划分地层类型，锁定渗漏病害具体位置。

2.1 高密度电阻率法

借助E60M 型高密度电阻仪供电电极从地表向地下通入直流电，形成人工电场后进行电极测量和电场分布观测。对均质地层结构，电阻率和电场分布应较为均匀，而对于地下水渗漏、土结构松散等病害区域，电阻率会表现出明显的低阻抗。该方法不能一次布置数个电极，并能一次进行多断面测点纵横向探测，测试效率高。水库渗漏病害测试及参数采集过程中电极距按10 m确定，供电时间1 s，各测点均重复采集3次。

2.2 地质雷达和激发极化法

地质雷达发射时间域脉冲信号并接收反射信号，通过对两种信号的比较达到病险水库地质体病害具体位置、尺寸、病害类型等探测的目的。该水库探测主要采用ProEx第二代MALA地质雷达，并结合库区实际及探测需要选用50 MHz 和100 MHz两种频率地面耦合天线。探底雷达检测技术可探测松软砂层、堤坝隐患、护坡及闸室底板脱空、堤身填筑材料等电性差异显著且规模较大的异常地质体，且对于埋深在10 m 以内的隐患，探测效果更好。

激发极化法可用于探测水库地质体介质二次场强度及衰减速度，根据所测得的半衰时TH、衰减程度D、极化率η等值，确定出水库地质体含水异常所在。其中，TH 为二次场点位衰减50%后的耗时，单位为ms；D为二次场点位衰减速度，这两个参数取值越大意味着二次场衰减越缓慢，水库地质体含水性越大；极化率η 是反映水库地质体激发极化作用强弱的参数，为二次场测定时刻电位差和一次场电位差之比。

2.3 超声波对穿测试

超声波对穿测试用于检测混凝土防渗墙及防渗墙与岩石结合部的缺陷，采用RS-STO2C非金属声波测试仪并配备2个探测距离25 m的对穿探头，在孔底同一高程处放置2个声波换能器，从孔底开始按照0.20 m的点距依次向上测试。该水库测试对穿孔间距按照2 m设置，岩体波速按照收发探头间水平距离和收发探头间距对应时差之比进行计算。

3 检测结果

3.1 堤身全面检测

高密度电阻率法检测结果表明，水库堤坝表层填筑层致密，但整体均匀性较差：测线18～24 m 处存在溢洪道低阻体反映，测线0～65 m段存在左右坝肩基岩高阻反映，测线65～135 m段则存在均质土坝低阻反映，均质土坝含水量高、密实性和均匀性均较差，渗漏的可能性较大。结合电阻率阻值，坝基界限并不清晰，不存在明显的裂缝、洞穴，但坝基局部松散，有渗漏通道及高含砂层隐患。

该病险水库应用探地雷达检测技术探测水库堤坝隐患时，为较好解决堤坝结构形态、介质属性复杂变化和探测深度、分辨率等之间的矛盾，采用了双频多普勒相控阵探地雷达探测系统，即将原单级雷达天线更换成军事上的相控阵雷达天线，借助相控阵技术将电磁波汇聚为一束窄波束向待探测水库堤坝地质体发射，多通道接收雷达回波反射信号后，通过去噪处理后得到地质体内部结构三维图像。探地雷达探测结果显示，测线0～65 m段雷达反射波较弱，反射波同相轴且连续，视频率均一，表明该测线段坝体碾压密实；在测线20～90 m 段反射波表现出明显的波形紊乱及电导率增大，并存在明显的电性界面，雷达图像也显示出低频高强度多次反射，这表明坝体存在渗漏倾向，局部介质含水量较高，大坝坝体填料分布的均匀性不良。在测线24～80 m 段的浸散区，雷达图像为断续、杂乱强烈反射及零星条带状。

根据激发极化法所得出的地下水浸润线平面分布，测线90～110 m 段激电测点主要设置在水库均质土坝和坝肩处，对应较高的地下水浸润线，并表现出明显的向中部延伸的趋势，地下水浸润线相对较低。测线0～70 m段地下水浸润线左低右高。地下水浸润线整体随地形变化而变化。

3.2 超声波对穿测试结果

根据高密度电法检测结果，防渗墙桩号0+104～0+138段及0+245～0+262段存在低阻相对异常，疑似渗漏带。为进行进一步测试，基于防渗墙自然点位资料，在保证墙体不遭受破坏的情况下借助墙体上既有灌浆预埋管孔进行超声波对穿检测。在桩号0+104～0+138 段选取1#～2#对等钻孔和3#～4#对等钻孔，在0+245～0+262 段选取5#～6#对等钻孔，分别进行超声波对穿测试，并根据对穿孔之间岩体纵波波速检测结果进行该病险水库防渗墙质量检测。声波对穿测试结果具体见表1。根据测试结果，桩号0+104～0+138 段防渗墙体土体局部松散，且墙体与岩体接触不密实；0+245～0+262 段墙体土体局部松散。为此，必须采取相应的墙体加固处治措施。

表1 防渗墙声波对穿结果表

4 结语

综上所述，此次应用综合物探方法对某病险水库进行了安全鉴定评价探测，对水库堤防均质土坝及防渗墙所存在的裂缝、松散体、高含砂层、渗漏通道等隐患规模、位置、裂隙发育程度、地下水浸润线等进行了探测和查明，得出了土坝填筑材料均匀性、基本层位及填筑介质密实度。应用结果显示，单一物探方法测试过程及结果很容易受到地形、地质体介质等影响，根据探测目的、探测层深度及精度要求选用两种或两种以上物探方法，能发挥每种方法的优势，取长补短，相互验证，以提升探测结果的准确性和可靠性。该病险水库治理结果表明，此次对水库大坝地质条件安全鉴定过程中所应用的高密度电阻率法、探地雷达、激发极化法、超声波对穿测试相结合的综合物探技术探测思路完全准确，符合水库病害实际。