土坝渗漏探测方法探讨

唐 波，张莉萍，邱德俊，曹凯波，孙 辉

(南京市水利规划设计院有限责任公司，江苏 南京 210022)

0 引言

据水利部统计，全国有5 万多座小型水库，大都因为建筑年代久远，不同程度地存在渗漏、稳定等安全隐患，中央明确提出，到2015年底基本完成小型水库除险加固任务，到2012年底前，完成小(Ⅰ)型水库除险加固任务。病险水库的除险加固工程勘察按照《中小型水利水电工程地质勘察规范》(SL55—2005)执行，特别是在土石坝渗漏勘察中需重点查明坝体填土的颗粒组成、渗透性、分层填土结合情况，填土中砂性土的位置、厚度及分层结合部位的渗透系数;坝体下游坡渗水、漏水部位、特征、渗漏量变化规律及渗透稳定性等。

渗漏问题是小型病险水库比较突出的问题，通过地质勘察工作掌握渗漏位置、分析渗漏原因等地质信息是防渗设计的基础。科学的防渗处理方案设计需要准确的地质资料，要达到事半功倍的勘察效果，同样需要有的放矢地开展地质勘察工作。

对于大坝渗漏的勘察，传统上，可以通过钻探、土工试验及现场注(压)水试验、连通试验及同位素示踪试验等等，《中小型水利水电工程地质勘察规范》(SL55—2005)中7.3.3 条也规定:“宜采用电法、地质雷达、电磁波等物探方法探测坝体病害、喀斯特的空间分布、渗漏通道位置及埋藏深度。”笔者根据多年小水库勘测工作实践，提出了一种利用土的饱和度突变特征来初判土坝渗漏位置的方法，并将其应用到工程实践中去，经过进一步注水试验验证，结果表明初判所获得的大坝可能渗漏位置土体渗透系数偏大，进而说明利用该方法初步判断大坝渗漏位置有一定的可行性［1］。

1 土坝渗漏探测传统方法综述

1.1 物探方法

为了查找堤坝的渗漏通道，地质工作者常采用地球物理探测的方法来检测水库大坝，取得了较好的效果。目前用于大坝、堤防探测的地球物理探测的方法可归纳为高密度电阻率法、探地雷达、瞬变电磁法和面波法四类。

1.2 综合示踪方法［2，3］

利用指示剂或示踪剂来探测堤坝渗漏位置，包括以电导、水化学、温度、环境同位素为主的天然示踪和以流速、流向测定为主的人工示踪。

20世纪50年代就有学者利用地下水的温度差异来研究渗水堤坝。其运用依据主要是由于坝基地下水温度的变化幅度和速度受补给水源的温度以及地下水强烈的循环交替条件的影响。此外，地下水本身具有天然的化学成分，在坝基渗漏评价时，可以利用地下水化学成分特征分析堤坝渗漏的部位、强度等。

人工同位素监测技术是借助放射性示踪剂运移在渗流场中不同部位的不同表现，进而推断其渗流特征的一种间接手段。国外自20世纪50年代初将该技术应用于地下水渗流场的理论和技术中，并将同位素示踪法广泛应用于水利工程。中国在80年代才开始引进该技术，发展较快，并成功解决了诸多重要堤坝的渗漏问题。

2 含水率突变特征初判渗漏位置原理及方法介绍

土坝渗漏探测传统方法中的温度电导示踪方法运用水库水的温度随深度变化的规律，可以判断水库漏水位置，进而达到查明水库漏水部位的目的。受此启发，水库大坝土体含水率变化也有相似的规律，正常情况下从地表向下随着深度的变化，大坝土体的含水率随之规律变化。倘若在土体中某深度处存在渗漏通道，那么随深度变化的含水率曲线必将出现大的变化。我们的依据是:在土体中从地表向下随着深度的变化，从包气带往下到潜水位以下，从总体上土体的含水率随之增大规律变化，不排除局部因为上层滞水土体含水率变大的情况。

土体含水率测定是地质技术人员经常运用的一种常规室内试验手段，主要试验设备包括为天平、烘箱及铁盒等。为保证测得土样天然含水率，需现场进行含水率试验。现场取样采用小口径人力麻花钻，由于小型水库、中小河流等工程的堤坝多以均质土坝为主，采用小口径人力麻花钻简单易操作。利用这种简易的钻进工具把取上来的土进行现场含水率测定，并绘制含水率随埋深变化曲线图，利用含水率突变特征即可初判土坝渗漏位置及渗漏通道走向。

3 工程应用

3.1 工程概况

邵处水库［4］位于南京市江宁区西南部的谷里镇境内，是一座以防洪为主，结合灌溉、旅游、养殖等综合利用的小(Ⅰ)型水库。邵处水库建于1958年12月，后经过多次加高培厚达到现有规模。水库大坝为均质土坝，坝长233 m，坝顶高程34.00～34.30 m(吴淞高程，下同)，最大坝高11.60 m，设计洪水位32.03 m，水库汛限水位30.06 m，死水位23.70 m，最大库容133×104m3。

3.2 渗漏通道位置初步分析

水库运行多年一直存在右坝端渗漏问题，右坝端坝后坡面、坡脚均存在集中渗漏点。受江宁区水利局的委托，南京市水利规划设计院对邵处水库右坝端渗漏原因进行分析研究，并提出了防渗处理方案。为了查明邵处水库大坝右坝端的渗漏通道及渗漏原因，采用了现场钻探、含水率测量，通过分析随深度递增土样含水率变化规律，初步分析渗漏通道位置。倘若在土体中某深度处存在渗漏通道，那么随深度变化的含水率曲线必将出现大的变化。

根据水库管理员介绍及现场踏勘，邵处水库右坝端渗漏点位于坝体背水坡脚处(常年有明水流出，汛期库水位较高时流量达8 L/s)。

针对渗漏点位置，外业勘察时在右坝端布置勘探孔3 个(B1、B2 及B3)，揭露邵处水库右坝端地层分布如图1 所示。

图1 邵处水库右坝端地质剖面、注水试验段位置图Fig.1 Diagram showing the geological section of the right ofShaochu Reservoir Dam and location of injection test

分别对坝顶轴线上3 个钻孔进行含水率测定。具体方法是:先钻探取样，现场从0.5 m 开始分别对覆盖层深度内每隔0.5 m 采取土样，经现场测试含水率，试验结果见图2。

图2 土体含水率随埋深变化曲线Fig.2 The curve of soil moisture content changing with different depths

含水率试验结果表明:大坝坝体及坝基土体含水率随深度总的变化趋势是增加或变化不大，仅B1 钻孔局部深度处含水率突然变高，该处土体含水率较高，由此可初步推断B1 孔附近坝端在埋深5.0 m(标高∇28.0 m)、12.5 m(标高∇20.85 m)附近土体存在渗漏可能。

表1 坝体现场注水试验成果汇总表Table 1 The results of water injection test for dam body

3.3 注水试验验证

通过现场钻探和土体含水率试验初步探明邵处水库右坝端渗漏通道的基础上，在B1、B2 及B3 钻孔内分别分段进行注水试验，目的是进一步分析可能存在的渗漏通道，并测定各岩土体渗透性指标，为防渗设计提供地质参数，试验段位置详见图1。

根据B1 孔注水试验，深度1.5～6.0 m、10.0～13.0 m 两处渗透系数均＞1×10－4，属中等透水。注水试验结果与现场含水率试验基本吻合，基本可以确定B1 孔附近坝端在埋深5.0 m(标高∇28.0 m)、12.5 m(标高∇20.85 m)附近土体存在渗漏情况。

4 结论

本文在综述土坝渗漏探测传统方法的基础上，系统介绍了通过钻探及土样含水率试验初步查明可能渗透通道，分段对可能存在渗漏通道的松散岩土体进行注水测定其渗透参数，确定渗漏位置。并通过工程实例，说明了该方法的合理性和可行性。

建议在今后的工作中多积累经验，可以从考虑库水位对含水率的影响，或是利用土的饱和度来分析大坝渗漏位置等等。这种简易的探测方法仍处于尝试阶段，对于初判土坝渗漏有一定的实用性。

［1］GB50487—2008，水利水电工程地质勘察规范［S］.北京:中国计划出版社，2009.

［2］刘建刚，陈建生.堤坝渗漏探测方法研究综述［C］//中国地球物理.2003 中国地球物理学会第十九届年会论文集.南京:南京师范大学出版社，2003.

［3］吴怀宇，周兆英，等.堤坝隐患探测技术的现状与展望［J］.长江科学学院报，2000(3):39－41.

［4］唐波，等.南京市邵处水库右坝端渗漏原因分析及防渗方案探讨［J］.江苏水利，2012(1):11－13.