塘坞水库大坝渗漏探测及定向处理技术的应用

岑 洋，江树海，王军强，谭 磊,4

(1.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；2. 浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020；3.水利部农村电气化研究所，浙江 杭州 310012；4.浙江省水利防灾减灾重点实验室，浙江 杭州 310020)

1 工程概况

塘坞水库位于浙江省杭州市临安区潜川镇外伍村，水库坝址距离外伍村村委约2.0 km，距离杭州市临安区区中心约60.0 km。坝址以上水库集雨面积0.4 km2，总库容25万m3，是1座以灌溉、防洪为主，兼有生活、生产供水，滞蓄洪水功能的小(2)型水库；工程主要建筑由大坝、溢洪道、放水设施三部分组成。水库大坝为粘土心墙坝，坝高14.6 m，坝顶平均高程112.10 m(1985国家高程，下同)，坝顶长约80 m，坝顶宽3～4 m不等。溢洪道位于大坝右侧，为开敞式侧槽溢洪道。

根据现场检查、踏勘及《浙江省小型水库大坝安全技术认定报告书》(塘坞水库)，大坝粘土心墙渗透系数、大坝左坝肩基岩透水率不满足规范要求，防渗安全存在隐患。大坝下游坝脚全线均有渗漏现象，左坝脚相对较严重，大坝无法正常蓄水。

为了精确探测大坝渗漏的位置及空间分布，提升工程治理的有效性与经济性，采用了多种探测技术并结合定向处理的实施方法。

2 水库大坝渗漏探测与定向处理技术

土石坝渗漏隐患探测属于精细化探查[1_3]，探测精度要求比较高，综合诊断技术的运用使其成为一项复杂而系统的工作[4_ 5]。其中，并行电法是在传统电法基础上有较大改进的电法探测新技术[6_8]，具有探测速度快、采集数据量大、图像分辨率高、探测成果现场解译等优点。通过并行电法探测获得的土石坝岩土介质电阻率色谱图像，可以直观反映出大坝断面的渗流隐患位置分布，进一步结合钻孔检验、钻孔电视技术[9]，精准确定主要渗漏位置分布。定向处理技术主要根据多种探测技术给出的渗漏判断结果[10_11]，结合大坝结构特征，为灌浆方法、灌浆材料及灌浆工艺的选择提供依据，进而开展渗漏部位的定向处理施工设计和灌浆处理[12_14]。

通过将并行电法探测、钻孔检验、钻孔电视技术等多项探测技术相结合，精确锁定渗漏区域，与定向灌浆技术互为补充与验证，物理探测成果为大坝渗漏提供灌浆靶区。同时，钻孔灌浆信息也能反过来修正探测成果，进而形成一套有效可靠的土石坝渗漏探测及定向处理体系。相比仅凭传统的经验判断，该技术方法更具有针对性与经济性，在施工处理效率及节约用料成本方面具有明显优势。

3 定向处理技术的应用及其质量评价

3.1 渗漏探测技术及其结果分析

3.1.1 并行电法探测结果

本次布置电法测线3条：测线BX1沿坝顶偏下游坡纵向布置，电极间距2 m，共布置46道电极，测线长度90 m，1号电极位于左坝头上坝公路近山体侧。测线BX2位于背水坡一级马道，电极间距2 m，共布置42道电极，测线长度82 m，1号电极位于左坝头上坝公路。测线BX3位于溢洪道底板侧，电极间距1 m，共布置32道电极，测线长度31 m(见图1)。

电法数据处理利用自主研发的并行电法配套软件——水库渗漏探测成像软件(RSDimagingV1.0)平台，并选用了网格化插值软件和可视化图像处理软件进行辅助成图。电法数据处理流程有：数据解编、电极坐标、畸变值删除、视电阻率计算、真电阻率反演及剖面成图。

图1 水库并行电法测线布置

根据探测成果(见图2、图3)，大坝轴线BX1剖面上部坝体段电阻率明显低于下部坝体。由于视电阻率超过100 Ω，说明上部坝体可能存在渗漏问题，但渗漏量不大。BX1剖面左坝肩测线7～20 m段存在高阻中断异常，反演电阻率剖面相应存在低阻，说明该处高水位存在渗漏可能，后经调查了解该处为原老溢洪道位置。右岸BX1测线65～90 m段电阻率低，明显存在低阻异常，可能存在岩体破碎，该处渗漏的可能性大，同侧下游马道测线BX2同样出现低阻异常。同时，溢洪道堰基下游侧底板5 m以内岩基存在明显低阻区，表明堰基存在渗漏隐患。

图2 大坝视电阻率剖面图

图3 大坝反演电阻率剖面图

根据并行电法探测结果：一是左坝肩存在坝基及绕坝渗漏可能，原老溢洪道由于填筑问题可能存在渗漏。二是右坝肩溢洪道近坝体侧25 m范围接触带及岩基存在渗漏。三是现状溢洪道堰基存在渗漏。

3.1.2 钻孔检验结果

现场实际钻取3个先导孔检验，钻孔位置分布在坝体段3个低阻隐患区：左坝头(先导Ⅲ孔、桩号K0+76.5)、坝中部(先导Ⅱ孔、桩号K0+42.5)及右坝头(先导Ⅰ孔、桩号K0+012，见图4)，实际取样如下所示(见图5～7)。

钻探发现左坝头坝体填土为碎石土，碎石含量很高。坝体中部及右坝段坝体为粘性土，局部含碎石，土体含水率较高。对先导Ⅲ号孔进行钻孔电视查勘，钻孔电视工作照片及内部拍摄如下所示(见图8、图9)。经过现场注水、压水试验(见表1)，以钻孔注水、压水的渗透系数作为透水程度判断依据，判定大坝右坝头基本不漏，坝中部和左坝头存在渗漏。

图4 钻孔孔位平面布置

图5 左坝头Ⅲ号孔取样 图6 坝中部Ⅱ号孔取样 图7 右坝头Ⅰ号孔取样

图8 左坝头Ⅲ号孔钻孔电视坝体填筑段拍摄图 图9 左坝头Ⅲ号孔钻孔电视基岩拍摄图

表1 先导孔渗透系数情况一览

通过以上试验，可判定坝中部轻微渗漏，主要为左坝头存在渗漏隐患(见图10)。

图10 大坝渗漏隐患区域划分

3.2 定向堵漏处理实施过程

根据并行电法、先导孔检验以及钻孔电视技术的成果及处理建议，对塘坞水库大坝进行定向灌浆堵漏处理。在大坝左岸段(K0+070.5～K0+087)布置双排灌浆孔，吃浆量较大处按Ⅳ序施灌；坝中部左侧段(K0+040.5～K0+069)布置单排灌浆孔，按Ⅲ序施灌，最终孔距1.5 m；坝中部右侧段(K0+000～K0+037.5)布置单排灌浆孔，按Ⅱ序施灌，最终孔距3 m；溢洪道段(Y0+000～Y0+021)布置单排灌浆孔，按Ⅲ序施灌，最终孔距2 m(见图11)。

图11 大坝隐患区灌浆孔位平面布置

以上灌浆坝体进行微劈充填灌浆[15_16]，接触带进行接触灌浆，坝基进行帷幕灌浆[17_18]；溢洪道接触带进行接触灌浆，堰基进行帷幕灌浆，对堰体新增反压灌浆。灌浆工艺及相关技术较成熟，在此不再赘述。现场定向处理时，左坝段及中部Ⅲ1～Ⅱ10段坝体心墙含碎石较多，其中左坝段心墙含粘土较少，吃浆量较大，原老溢洪道位置可能位于Ⅲ3～Ⅱ2之间，局部单孔单位注灰量超过200 kg/m；右坝头上部填土为粉质粘土，含水量较高，深部基岩破碎；溢洪道堰体及堰基整体吃浆量都很大。灌浆时吃浆量较大位置均掺杂一定量的砂骨料才达到灌浆压力值。

3.3 定向处理质量评价

待定向灌浆施工处理完成后，在大坝上布置7个检查孔，总进尺116.6 m，现场检查孔检验时渗透系数全部合格(即K≤1.0×10-5cm/s)，检查孔实际孔位及数据如下所示(见表2)。灌浆结束后，水库经历几次强降雨，水位骤升，溢洪道数次泄洪，水位几周内一直保持高水位运行，坝脚未见明显渗漏情况。高水位时发现溢洪道堰体存在局部渗漏，随即对堰体进行反压灌浆，基本解决堰体的渗漏问题。

4 结 论

(1)水库大坝渗漏定向处理技术通过将并行电法探测、地质钻探、钻孔电视等多项探测技术相结合，精确锁定渗漏区域，与定向灌浆技术互为补充与验证，实现了对大坝隐患渗漏区域的精确锁定与定向堵漏，显著提高了大坝渗漏治理的工程效益。

(2)根据并行电法探测结果初步确定左坝肩、右坝肩和溢洪道堰基存在渗漏可能，结合钻孔检验与钻孔电视技术，进一步判定坝中部轻微渗漏，左坝头存在较大渗漏隐患。

(3) 根据多种技术方法的综合探测结果，对左坝头布置双排灌浆孔，其余位置布置单排灌浆孔，不同位置实施不同灌浆技术。灌浆完成后，检查孔检验数据表明灌浆质量达到要求，后期观测表明防渗透体稳定性较高。

表2 检查孔及试验成果

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