面板堆石坝渗漏入口位置探查实例

白广明，刘守财，李 醒

（1．黑龙江省水利科学研究院，黑龙江 哈尔滨150080；2．三洲田·铜锣径水库管理处，广东 深圳518118；3．黑龙江省水利工程建设质量与安全监督中心，黑龙江 哈尔滨150040）

面板堆石坝主要由坝身堆石和坝前混凝土面板构成，混凝土面板起挡水防渗作用。一旦混凝土面板出现裂缝、破碎或面板间止水失效等问题，渗透水就会进入坝体，形成坝后渗漏。

消除坝体渗漏的方法是首先找到混凝土面板出现问题的区域，然后采取工程措施处理。由于入渗部位在水下，通常情况探查设备很难确定其所在位置。采用有效方法准确探查出防渗面板上的入渗部位是可靠消除面板堆石坝渗漏的关键。

笔者使用流场法堤坝渗漏探测设备成功探查出了堆石坝面板上的渗漏入口位置，本文结合探查实例介绍探查工作原理、设备及其工作过程。

1 工程概况

测试的面板堆石坝是一座中型水库的拦河坝，该水库总库容0．8亿m3，电站装机2100kW。是以防洪、发电和城镇供水为主，兼顾灌溉、改善环境等综合利用的水利枢纽工程。

面板堆石坝的坝长279．00m，最大坝高27．00m，坝顶宽5．00m。上游坡面设混凝土防渗面板，坡面断面呈折线形，从坝顶起始向下16m为铅直坡面，以下坡面的坡比为1∶0．3。面板每隔7．5m设一横向分缝。面板缝间设紫铜片止水。坝底设1．0m厚混凝土垫层，基础采用固结灌浆加帷幕灌浆加固基岩和坝基垂直截渗。工程于2006年基本完成，同年7月正式下闸蓄水。坝断面示意图见图1。

图1 坝断面图（单位：长度mm）

工程完工后在大坝左坝段防渗面板上发现了10道竖向贯通裂缝，立即用SR柔性防渗材料对防渗面板出现的裂缝进行了处理。具体处理方法如下：首先在面板缝宽位置的混凝土上切一宽5cm、深5cm矩形槽，然后在槽内间距30～50cm钻孔，在槽内埋设灌浆管后用快干水泥封闭矩形槽和灌浆管，从下到上向各灌浆管中灌注水溶性聚氨酯，灌注压力控制在0．3～0．6MPa之间，维持0．5MPa压力5min，等到所有灌浆孔都出浆时结束灌浆。然后用凿子凿掉封浆水泥及灌浆管，待矩形槽缝表面干燥无潮湿现象后，用角磨机在矩形槽四周打磨混凝土面，其打磨总的宽度为45cm宽，用毛刷刷去混凝土表面杂物至混凝土表面无凸凹后，再在打磨好的45cm宽混凝土表面上涂基液，镶嵌柔性止水材料，再自上而下铺贴三元乙丙橡胶，用不锈钢膨胀螺栓拧紧固定，最后用环氧树脂封闭盖片两侧和螺栓。修补后外观情况见图2，图中大坝前坡混凝土防渗面板上竖向黑色条带即为裂缝修补处。

图2 修补后的大坝混凝土防渗面板

坝后渗漏出水点靠近左坝段，在桩号0＋032m处，渗出水量不大。

2 探测原理

探测面板堆石坝渗漏是采用特殊电流场去拟合渗漏水流场的“流场法”原理进行的［1－2］。

2．1 基本概念

（1）基本场

在某一水域建立电场后，在正常没有渗漏的情况下，电场的电流密度分布均匀，密度无相对集中现象［3］。此时的电流密度场称之为基本场，检测出的电流密度值称之为正常值。对于不同的水域，基本场的电流密度分布特征会有所不同。如果建立电场的参数固定，水域供排水条件不变，在一个水域基本场中各部位的正常值数值偏差不大。

（2）异常场

异常场是相对正常场而言的，由于渗漏的存在，使得水域中电场的电流密度分布特征发生改变，水域中的入渗区域电流密度将变大［3］；即电场在基本场的基础上，局部区域会出现高值反映，此时的电场称之为异常场，该高值称为异常值。异常值的幅值大小和分布范围与渗漏入渗点的特征直接相关。

正常值与异常值的关系［4］见图3。

图3 正常值与异常值关系示意图

2．2 入渗区域确定方法

有了正常值、异常值概念后，就容易通过模拟电场确定测试水域中的入渗区域了。在探测水域完成对模拟电场的电流密度的测试后，电场中异常值数据所在位置就是测试水域中的入渗区域，确定入渗区域方法如下。

确定正常值数值、异常值所在位置：将测试水域内各测线上的电流密度测量结果值汇总，可以得到如图4样式的平面等值线图。基本场在图面上表现为大范围的低值区域，测试数据为正常值，变化范围小，等值线分布较疏。异常场则具有电流密度测量值突变、幅值增大的特点，异常值发生在等值线相对较密位置。

图4 电流密度测试结果平面图样式

测试区域中测得的电流密度成果数据假设多数在0～10范围内，则可以确定10为正常值，大于等于正常值2倍的数据（即20）为异常值。

渗漏类别的判断：通过模拟电流场不但可以找到渗漏入口，还可以通过测试结果平面图分析，判断出渗漏的类别。测试水域中，异常场所在区域即为探测到的管涌或渗漏的入水部位。如果异常值高，区域范围较小，一般是管涌的特征。异常值高，区域范围大，则是集中渗漏的特征。异常值低，一般是散浸的特征。如果低异常值存在于正常场与异常场之间的大面积区域里，该现象基本是由于散浸引起的［5］。

3 探测设备

流场法探测设备系统主要由信号发送和信号接收两部分组成。发送部分包括设备专用电源、发送机、供电电极、供电导线等；接收部分包括接收机、测量探头等。配套工具有GPS定位系统、专用笔记本电脑、对讲机、快艇等。

4 探测工作实施

开展探测工作时探测设备布置见图5。

图5 流场法渗漏探测工作布置示意图

4．1 在测试水域建立电场

首先确定本次探测范围为水库坝前30m以内水域。为了在测试水域中建立起可以模拟渗漏水流场的电场，将发送机A电极放置在坝后渗漏出口的渗出水中，发送机B电极放置在水库库区水中［6］。为了不引起模拟电场发生奇异变形，发送机B电极应放置在距离面板堆石坝尽可能远的库区水中，实际使用的电缆长度为100m。

发送机电极布置好以后，开通发送机电源就在坝前库区内的水域中建立起了模拟渗漏水流场的电流场。

4．2 测定电场基本场的正常值

库区如果存在渗漏入口，只有渗漏入口附近为异常场，库区测试水域其它区域的电流场均应该是均匀分布的基本场。测量水域中基本场的正常值时，用船载接收机并且拖拽专用探头在测试区域大面积测试，测得大范围基本一致的电流密度值就是基本场的正常值。通过实际测试，测得库区内模拟电流场的基本场正常值在10～15之间。

4．3 确定测区内测线间距

为了保证测试可靠覆盖测试区域，探测时采用的测线间距为5m。根据现场的探测条件，用经纬仪确定测线。首先在坝东端垂直坝轴线向上游确定一条直线。然后在这条直线的上游侧转角90°，在距离坝前防渗面板5m的库区水面上确定出平行防渗面板的第一条测线。用同样方法再分别确定出平行且距离防渗面板10m、15m、20m、25m和30m等5条测线。由此确定出探测坝前水域范围，南北方向探测坝前30m以内水域、东西方向探测左岸至右岸之间水域。

5 探测结果

经过用船载接收机沿着确定的坝前测线仔细探查，结果在整个测试水域中仅在防渗面板前查找到一个与坝后渗漏水相关的入渗位置。为了保证测试结果无误，又多次在该区域详细探测，最终确定渗漏入口中心位置位于桩号0＋032m、高程在当时库水面以下7．5～10．5m之间。由当时库区水位为266．50m推算，渗漏入口高程在256．00～259．00m之间。图6为探测人员在现场详细探测模拟电流场的异常场所在位置。图2示出了渗漏入口在坝前的位置。

图6 现场复核探测渗漏入口位置

6 渗漏产生原因分析

探测结果表明在桩号0＋032m、高程256．00～259．00m处发现了与坝后渗漏出水相关的渗漏入口。从委托单位提供的《防渗面板裂缝处理工作报告》中可知，在桩号0＋032m位置从最底下的一块面板（高程252．50m～258．00m）到第二块面板（高程258．00～264．00m）在浇筑以后都出现了混凝土裂缝。现场检查发现，此处的防渗面板裂缝是一条从坝顶（高程274．00m）到坝体下部（高程252．50m）的通缝。说明此处的应力比较集中，虽然用SR柔性防渗材料进行了处理，由于不均匀沉降等因素的作用，随着时间的推移，裂缝两侧坝体还可能会发生新的变位，造成面板修补部位新的破坏。

从坝体的剖面图可知，防渗面板坡面上部为垂直面板，下部为1∶0．3坡比的面板，在高程258．00m处为坡比改变的折点。用SR柔性防渗材料进行处理时，此处的凿毛和止水处理不好将直接影响修补质量，是修补工作难度相对较大的位置。

现场测试时库区水位高程为266．50m，由于本探测方法只能探测到水位以下的渗漏入口位置，本次探测结果不能排除在高程266．50m水面线以上防渗面板上还存在其它渗漏入口。

7 结论及建议

（1）用流场法渗漏探测设备探查，在坝前防渗面板上找到1处对应坝后渗出水的渗漏入口，位置在桩号0＋032m处、高程在256．00～259．00m之间。

（2）渗漏入口处的防渗面板曾经发生过裂缝，并且修补过。经分析，渗漏入口处是防渗面板应力相对集中、防渗修补相对困难的位置。

（3）本次探测结果不能排除在高程266．50m水面线以上防渗面板上还存在其它渗漏入口。建议在水库高水位运行时，用流场法对高程266．50m以上防渗面板进行检测。

（4）流场法能够探测出堆石坝防渗面板上的渗漏入口位置，为坝体渗漏处理方案正确选择、工程处理有的放矢提供出准确依据。本方法可以广泛应用到其它坝型使用。

［1］何继善．堤防渗漏管涌“流场法”探测技术［J］．铜业工程，2000（1）：5－8．

［2］朱自强，邹声杰，何继善，等．流场拟合法在洪泽湖大堤管涌渗漏探测中的应用［J］．工程地球物理学报，2004（6）：243－246．

［3］何继善，邹声杰，汤井田．流场法探测堤防管涌渗漏异常的分布实验［J］．中国防汛抗旱，2008（增1）：132－135．

［4］邹声杰，汤井田，何继善，等．流场拟合法在堤坝渗漏管涌探测中的应用［J］．人民长江，2004（2）：7－18．

［5］郑灿堂，万海，郑茂海．关于流场法理论的几点认识［J］．地球物理学进展，2012（10）：2190－2197．

［6］中华人民共和国水利部．SL 436－2008堤防隐患探测规程［S］．北京：中国水利水电出版社，2009．