高密度电法探测在登云水库大坝渗漏勘察中的应用

(福州润禹工程咨询有限公司，福建 福州 350001)

1 工程概况

登云水库位于福州市东部登云村，距福州市区5km，是福州市城区水库管理处管辖的3座水库之一，是一座以防洪为主，结合灌溉等综合利用的小(1)型水库。水库工程于1955年6月动工兴建，1956年12月竣工，1966年扩建，1969年竣工，2014年进行了大坝除险加固处理。水库所在河流为登云干流，水库坝址以上集雨面积5.85km2，主河道长度4.45km，河道比降64.6‰。该水库下游为福州铁路东站及东郊居民区，保护人口40余万，水库的安全运行对下游广大群众的生命财产和经济建设至关重要。

由于种种历史原因，水库大坝工程质量未达到现行规范要求。当大坝下游坝坡水库水位超过47.00m时，大坝右侧高程31.00～34.00m之间、桩号0+010～0+030处有湿坡现象。高水位时，坝体与右岸坡交界处，在高程约34.00m处有一集中漏水点，水质清澈，漏水量随库水位升降而变化。而且理论计算大坝绕坝总渗漏量为0.62L/s、坝基总渗漏量为0.79L/s，现场观察输水涵洞存在少量渗漏。登云水库在2011年第一次大坝安全评价中被评为三类坝，主要问题包括大坝渗漏、防浪墙开裂、下游坝脚排水设施不完善、大坝安全监测设施不完善、输水涵洞漏水、金属结构老化及白蚁蚁患等工程问题。2014年福州市城区水库管理处对登云水库进行除险加固，对于第一次安全鉴定提出的水库渗漏问题，在水库大坝坝体采用单管高压旋喷灌桩防渗措施。旋喷桩孔位沿坝轴线布置，灌浆范围为桩号0+000～0+164(以左坝端为零桩号)。大坝深度小于15m的坝段，桩号0+000～0+039.6及0+134.1～0+164，布设单排单管高压旋喷灌浆，孔距0.45m；大坝深度大于15m的坝段，桩号0+039.6～0+134.1，布置两排孔，梅花形布孔，排距0.40m，孔距0.45m，桩径0.6m。旋喷桩防渗墙底部深入坝基：河床部位深入至弱风化岩的顶板；两岸的坝肩段渗入强风化岩1m。

加固后通过现场勘测调查，大坝基本按设计完成加固任务，水库大坝的湿坡现象基本消失，坝体与岸坡交接处漏水点漏水现象基本解决。

2017年登云水库迎来新一轮的安全鉴定。新一轮的安全鉴定采用物理探测方法对水库大坝内部密实性情况以及是否存在渗水情况进行探测，以验证上一轮水库除险加固中实施的旋喷桩防渗墙措施的可靠性。

2 物理探测方法技术

目前主要使用的探测大坝渗漏隐患的技术方法有电磁法、地质雷达法和流场法等。考虑到登云水库的实际情况以及物探技术应用的成熟情况，决定对登云水库采用高密度电法进行大坝渗漏隐患探测。

2.1 基本原理

高密度电法是一种集中了电剖面法和电测深法的地学层析成像技术(Geotomography，缩写GT)。主机通过一对供电极对大地供电，利用一对观测电极沿着剖面逐层、逐点地对电位、电流等地电参数进行观测，通过高密度电法仪器自动记录，并计算出各测点的视电阻率值。通过计算机对视电阻率剖面分析处理，得出剖面地下电性层的空间分布特征，再结合相关的资料综合分析视电阻率剖面的异常情况，推测出勘探测线位置地层是否存在着不良地质体，如渗水区、构造破碎带、空洞、软弱夹层等。

高密度电法探测优点如下：

a.电极设备布设都是一次性完成，可大大减少因电极设置而引起的故障及干扰，便于数据的快速采集。

b.高效的多种电极排列方式的扫描测量，可以方便地获取关于地电断面结构特征的地质信息。

c.数据采集的自动化不仅加快了数据采集的速度(大约每2～5s采集一个测点信息)，还能避免出现各种手工误操作，保证资料的准确性。

d.资料的收集成果可以进行预处理，并显示剖面形态，还可自由打印各种成果图件，效率高，信息直观丰富，便于分析，解释方便。

2.2 物探方法测线布设

登云水库为黏土心墙坝，最大坝高23.1m，坝顶宽度4.2m，背水坡下游设有一马道，宽度6.2m。登云水库物理探测根据现场的实际情况，共布设了2条高密度电法测线，分别为：ⓐ在大坝坝顶布设一条高密度电法测线，即测线a，测线a长240m，点距控制在4m，一共布设了60道；ⓑ在大坝背水坡的中间马道的位置、测线a南西方向约25m处布设另一条高密度电法测线，即测线b，测线b长度同样为240m，点距4m，同样也布设60道。

物探测线里程编号是从大坝的右坝(北西)往左坝(南东)顺序编号，而大坝桩号是从大坝左坝溢洪道(坝顶轴线)往右坝顺序编号。里程桩号为0+000～0+164的，物探里程19m对应的坝顶轴线桩号是0+164，物探里程183m对应的坝顶轴线桩号是0+000。物探测线布置见图1。

图1 物探勘察测线布置

2.3 物探资料的处理

根据项目物探的需要，本次物探仪器设备采用WJMD-4高密度电法系统和南方灵锐S86RTK系统。对野外采集的合格数据使用电法处理辅助软件、电阻率层析成像系统(CRT)、AutoCAD等软件等进行计算、分析、成图，最后对处理结果进行综合分析解释。按电位测量曲线中极大值位置和梯度测量曲线中零值点位置，确定每条测线上的异常位置。

2.4 物探资料分析

测线a物探剖面位于登云水库的坝顶，剖面选用温纳装置，装置的道间距为4m，一共60道。通过物探，测得坝体中间部分地表至深度15m范围内视电阻率相对较低，原始观测视电阻率介于10～120Ω·m，反演后视电阻率介于20～250Ω·m。在里程70～90m(轴线里程0+113～0+093)段视电阻率比同一高度的断面要低，推测该段基岩面较深；在溢洪道位置(轴线里程0+180～0+190段)发现有低阻异常，视电阻率介于7～110Ω·m(表层较湿润)，推测为富含水区，主要原因是充水较多而形成良导体，该剖面未发现明显物探异常，该剖面反演后数据见图2。

测线b物探剖面位于登云水库背水坡上部的马道，该剖面同样选用温纳装置，道间距4m，共60道。通过物探，测得坝体中间部分地表至深度6m范围内视电阻率相对较低，原始观测视电阻率介于20～160Ω·m，反演后视电阻率介于50～300Ω·m。在溢洪道位置(轴线里程0+183～0+193段)发现有低阻异常，视电阻率介于5～140Ω·m，推测为富含水区，主要原因是充水较多而形成良导体，该剖面未发现明显的物探异常，该剖面反演后数据见图3。

图2 测线a反演结果图

图3 测线b反演结果图

通过上述两条高密度电法剖面探测结果可知：视电阻率随深度增加逐渐增大。根据以往工程经验，大坝素填土视电阻率一般在5～300Ω·m之间，强风化花岗岩视电阻率一般在200～800Ω·m之间，而中(弱)风化花岗岩视电阻率一般大于700Ω·m。大坝西北基岩面比东南深，溢洪道位置视电阻率较低，推测为富含水区，符合水库溢洪道含水量高情况，两条剖面均未发现明显渗漏、空洞异常。

3 地质钻探队物理探测方法准确性验证

为验证电法探测结果的准确性，登云水库安全鉴定还采用了现场钻探采取原状土样进行相关项目试验分析的方法。根据钻探的成果，登云水库坝体及坝基地层自上而下分别为素填土、强风化花岗岩、弱风化花岗岩，大坝西北基岩面比东南深。登云水库大坝在2014年进行了除险加固，针对大坝渗漏问题对坝体进行单管高压旋喷桩防渗，压水试验表明，旋喷桩的渗透系数在5.86×10-6～5.46×10-6cm之间，满足相关的规范要求，表明登云水库大坝的渗漏问题在上一轮的除险加固工程中已经得到了解决，而且在现场运行中也未发现湿坡现象，说明大坝经除险加固后防渗效果显著，同时也验证了电法物理探测的准确性。

4 结 语

a.采用高密度电法探测登云水库大坝渗漏，可以很直观地了解水库大坝的渗漏情况，同时通过地质钻探资料分析对比，验证物理探测方法的合理性和准确性。

b.水库大坝渗漏探测可以充分发挥综合物理探测的作用，相比地质钻孔取样分析的方法，物理探测有无须钻孔取芯、不会破坏坝体结构、数据采集高效、信息丰富等优点，可在大坝渗漏隐患探测中发挥重要作用。

c.登云水库下游为福州铁路东站及东郊居民区，水库的安全运行关系着下游东郊居民区广大居民的生命财产安全。为了维护水库坝体安全和正常运行，建议定期采用物探手段对大坝进行安全监测及检测。