综合物探在豫西某水库大坝坝体检测中的应用

吴献华 童文铎

（河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450003）

综合物探在豫西某水库大坝坝体检测中的应用

吴献华 童文铎

（河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450003）

水库的大坝渗漏隐患是一个十分严重且难以解决的问题。以豫西某水库的坝体检测为例，根据地球物理特点，采用高密度电法、自然电场法综合性的物探方法，探测坝体内的老灌溉洞和漏水点的位置。物探的探测结果，结合钻孔验证表明，综合性的物探方法在查找均一坝体的老灌溉洞和漏水点时，物性的差异明显，探测效果显著，为大坝的坝体加固和防渗漏提供了依据。

物探；大坝渗水；高密度电法；自然电场法；钻探验证

工程地球物理勘探是解决土木工程勘察中工程地质、水文地质问题的一种物理勘探方法，简称工程物探。其是以研究地下物理场（如重力场、电场等）为基础的。不同的地质体在物理性质上的差异，直接影响地下物理场的分布规律。通过观测、分析和研究这些物理场，并结合有关地质资料，可判断与工程勘察有关的地质构造问题。工程物探技术发展到今天，大致有电法、探地雷达、地震、弹性波、层析成像、水声勘探、放射性测量和综合测井等几大类共30多种方法。

工程物探具有“透视性”、效率高、成本低以及可以在现场进行原位岩土物理力学性质测试等优点，在工程勘察中日益得到重视和发展。但是，各种物探方法都具有条件性和局限性，多数方法还存在多解性。因此，正确选择和运用各种物探方法，进行综合物探，并与已有的地质、钻探资料作对比，才能获得好的地质效果。

水利工程应用物探技术较为成熟，特别在堤、坝工程质量检测中应用较为广泛。对已有的水利工程堤、坝质量检测中要求尽量减少破坏性工作，因此不可能布置太多的勘探、开挖工作，而工程物探恰恰是无损探测。采用综合工程物探方法，结合勘探、原位测试验证，是解决水利工程中堤坝质量检测的有效途径，现以豫西某水库大坝坝体检测为例进行分析［1，2］。

1 工程概况

豫西某水库控制流域面积14km2，属黄土丘岭区，坝址上游干流长5km，水库于1957年冬兴建但未建成；1958年汛期坝体大水决口，后又进行续建；1959年又进行重建，1962年基本建成。运行几年后，于1973年进行了水库扩建工程，坝体加高10m，库容增大到779万m3，坝顶高程204.2m，最大坝高34.0m，坝顶宽7.0m，坝长318.5m。该水库主要有均质土坝、溢洪道、输水涵管、管理用房等工程。

2013年初，在大坝背水坡的老灌溉洞出口，出现缓流渗水。迎水坡由于坝体多次加高和维护，已无法确定老灌溉洞的进口位置。老的灌溉洞在坝体中形成潜在的渗漏通道，危及大坝的安全，需查明其分布情况，进行封堵防渗处理。

由甲方提供的《工程地质勘察报告》可知，坝址区地层岩性为第四系全新统（Q4）大坝筑填土、轻粉质壤土、重粉质壤土和上更新统（Q3）重粉质壤土。

2 物探方法与技术

本次工作需查明老灌溉洞在坝体内的走向、洞顶深度及进出口位置，并确定老灌溉洞在坝体内漏水带。拟采用高密度电法和自然电场法综合测试，平行于大坝轴线，在大坝迎水坡、坝顶、大坝背水坡布设物探剖面，探测深度15～50m，并布置少量钻孔进行验证。

2.1 高密度电法

2.1.1 高密度电阻率法温纳装置。电极总数Psum=60根，电极间距△x=2～5m，隔离系数n=19。实测时，首先把60根电极一次性布置完毕，进行接地电阻检查、仪器电池电压及供电电源检查，剖面参数设置、启动测量。观测数据自动记录存储，现场严格按操作规程进行人工监视，确保观测质量。温纳装置测量及滚动线示意图见图1。

图1 温纳装置测量及滚动线示意图

2.1.2 高密度电阻率法采用MN-B装置。电极总数Psum=60根，电极间距△x=2～5m，隔离系数n=25～29，采用三极装置MN-B（A∞）连续滚动扫描装置。MN-B装置测量及滚动线示意图见图2。

图2 MN-B装置测量及滚动线示意图

使用仪器设备为重庆奔腾数控技术研究所WGMD-3型高密度电阻率法测量系统。供电电源采用乙电，最大供电电压360V，最小供电电流150mA。对于异常点采用重复观测，以保证观测精度。

2.2 自然电场法

自然电场法可确定水库的漏水地点，了解河水和地下水的水力联系，了解岩溶地区地下水活动情况。地表水自上往下运动，渗入岩石中，会产生自然的负异常。为了确定河流、湖泊、水库和渠道底部的渗漏地点，工作时可将一个不极化电极放在水库大坝背水坡漏水处（固定电极），另外一个流动电极在水库坝体按测线移动测量，可连续记录自然电位差的变化，从而确定引起漏水的裂隙或透水层的位置。渗漏水速度越大，自然电场负异常就越明显。

自然电场法是观测所有测点相对于某一个固定基点（正常场）的电位值。N极作固定电极，M极作流动电极。记录点为M极所在位置。使用仪器为重庆奔腾研究所生产的WDJD-3型多功能数字直流激电仪。

3 物探测试成果解译与验证

3.1 高密度电法测试成果解译

布置物探横剖面6条，靠近大坝右岸，在背水坡布设剖面3条，坝顶布设剖面1条，迎水坡布设剖面2条，共完成剖面总长度1 008m。详细高密度剖面布置及异常点位置见表1。

通过对高密度数据的反演，获得高密度电阻率图像，结合对现场的实际调查和勘察情况，对电阻率图像进行分析、解译。1～3剖面，布置在坝身的背水坡，老灌溉洞的位置在电阻率图像呈低阻异常；4剖面布置在坝顶的背水坡，由于探测深度过深，老灌溉洞的位置异常不明显；5、6剖面布置在坝身的迎水坡位置，5剖面位于迎水坡马道上，老灌溉洞的位置呈现高阻异常；6剖面布置在迎水坡右岸临水面，沿水面向左岸布设电极，平行于马道，在这个剖面的电阻率图像上，未发现有异常反应，经过实地调查，推测老灌溉洞在此剖面已经被挖除，或者未延伸至此剖面。5剖面高密度电法异常位置的解释图见图3，异常点的位置在桩号52m处。

图3 5剖面高密度电法异常位置解释图

3.2 自然电场法测试成果解译

在高密度电法各剖面上，布置自然电位法测线，采集可靠数据后，绘制自然电位法曲线图，经过对曲线和资料的整理与分析，判定物探剖面漏水带的异常点。图4为5剖面的自然漏水点位置解释图，漏水点在桩号72m处。

表1 豫西某水库大坝坝体老灌溉洞高密度剖面布置及异常点位置表

图4 5剖面自然电位漏水点位置解释图

3.3 钻孔验证结果

物探工作结束后，进行了钻探验证，在5剖面处布置钻孔7个。

①布置的7个钻孔中，有2个钻孔中在顶板深度12m，底板深度14m之间，钻到青灰色砖块和洞内充填的淤泥，确定这两处为老灌溉洞位置，并可推断老灌溉洞的高度为2m，宽度为1.2～1.6m，洞身垂直于坝体，近东西走向。岩芯图片见图5，青灰色岩芯为老灌溉洞的砖块，灌溉洞内充填泥质物。

图5 老灌溉洞岩芯图片

②钻孔资料结合物探的自然电位资料，可推测此坝体的漏水点为老灌溉洞的南侧4、8m两处和右坝肩漏水，由于老灌溉洞墙体的阻挡，漏水带向老灌溉洞的出水口处慢慢汇集，形成了老灌溉洞出水口的漏水。建议在迎水坡对老灌溉洞进水口和坝体的漏水带进行灌浆加固处理。

③高密度电阻率图像异常点的深度中心在8.4m处，钻孔验证的老灌溉洞深度在12～14m，与钻孔资料深度有差异。

4 结语

①工程物探在水利工程中应用越来越广泛，由于是无损探测，因此在堤坝工程检测中优势明显。

②豫西某水库始建于20世纪五六十年代，后经过多次续建、改扩建，大坝存在的质量隐患较多，特别是老灌溉洞形成渗漏通道，危及大坝安全，应查明灌溉洞分布和渗漏通道情况，进行加固处理。

③采用高密度电法和自然电场法综合测试，基本上查明了老灌溉洞和漏水点的位置，并得到了钻孔的验证。

④工程物探解译的成果和钻孔资料验证还存在一定的差异，除了需对物探资料进行精确的解译，积累工程经验也特别重要。

［1］SL326-2005.水利水电工程物探规程［S］.

［2］GB50487-2008.水利水电工程地质勘察规程［S］.

The Application of Integrated Geophysical Prospecting in a Reservoir Dam in West Henan

Wu Xianhua Tong Wenduo
（Henan Water Conservancy Survey Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 450003）

Reservoir dam leakage is a very serious and critical problem.Taking a reservoir dam detection in west Henan for example,the location of the old irrigation hole and water leakage in the dam were detected with the compre⁃hensive method of high density resistivity and the natural electric field,according to the geophysical characteristics. The detection results of geophysical exploration,combined with the drilling verification showed that property differ⁃ence was obvious and the detection effect was remarkable with the integrated geophysical method in detecting the lo⁃cation of old irrigation hole and water Leakage point,which can provide the basis for dam reinforcement and seepage prevention.

geophysical prospecting；dam seepage；high density resistivity method；natural electric field method；drilling verification

TV698.1

A

1003-5168(2016)09-0108-03

2016-08-18

吴献华（1972-），女，工程师，研究方向：物探和工程地质勘察。