基于综合检测法的心墙坝渗漏研究

李梦龙

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110000)

沥青混凝土心墙堆石具有心墙碾压过程较为简单方便、帷幕灌浆量少、抗震性能强的特点，常被应用在天然防渗建筑材料匮乏的地区[1]。但受填筑分层较多、阶梯型结构分层复杂、施工过程控制难度较大以及工后不均匀沉降等问题影响，大坝渗漏是该坝型无法回避的缺点[2-3]。据不完全统计，目前国内有该坝型的大中型水库近百座，由于沥青混凝土心墙防渗体出现质量缺陷导致的水库渗漏问题常有发生。其结果不仅影响水库正常蓄水，而且长期渗流导致的细颗粒介质流失，会造成严重的渗流稳定问题，严重的可引起局部坝体塌陷进而威胁大坝稳定与安全[4]。如何快速准确地确定渗漏部位是保证大坝稳定安全同时节省渗漏加固成本的关键问题[5]。

目前，常用的渗漏检测方法主要为钻探方式(压水试验、示踪试验)及物探方法(电法、探地雷达、超声波等)[6]。由于仪器误差及人为误差的双重作用，往往单一的检测结果具有不可靠性。本文以三座店水库为例，检测过程中采用多种方法相互验证、相互校准大幅度提升检测精度，从而快速获取较为可靠的结果。

1 项目概况

三座店水利枢纽工程位于内蒙古赤峰市境内西辽河上游老哈河水系英金河支流阴河下游，赤峰市松山区初头朗镇三座店村上游0.5km处，距赤峰市城区35km。该枢纽工程为大(2)型工程。枢纽工程于2005年6月开工建设，2009年8月1日下闸蓄水，水库长期处于渗漏状态导致运行水位一直低于死水位。2010年及2015年曾两次针对左右坝肩进行渗漏补强灌浆，两次灌浆的处理都未取得明显的防渗效果，渗漏问题一直没有得到解决。

2 检测方法及思路

根据大坝结构及渗漏特点，检测主要采用水位观测、流速测定、孔内成像及示踪试验的综合检测方法。检测孔内稳定水面以上部分渗漏现象便于直观观测，检测过程中主要进行孔内成像，而水下部分渗漏具有隐蔽性，不易通过直观现象判断渗漏情况，检测过程中采用了上述4种方式相互印证，进行综合分析判断。由于水库整体检测工作量较大，本文选取具有代表性的Ⅱ-Ⅱ′检测断面进行介绍，其检测工作具体布置如下。

2.1 钻孔布置

防渗墙上下游距离心墙1.0m处各布设1个钻孔(K1、K2)，下游马道布设2个钻孔(K3、K4)，钻孔倾角小于2°。其中K1作为示踪试验投源孔，K2作为流速测定及孔内成像实验孔，K3及K4作为示踪试验观测孔(见图1)。

图1 Ⅱ-Ⅱ′检测断面钻孔平面布置

2.2 水位观测

检测孔完成后，定期对全部钻孔进行水位统测，绘制区域流场图及坝轴线剖面水位图，用于确定工程区地下水流异常部位。

2.3 流速测定

采用流速测定仪对钻孔水面以下部位进行定点流速测定，垂向上间距1m，流速较大部位则加密至0.5m；利用追踪软件AquaLITE识别和测量胶体颗粒的运动轨迹，测定真实流速。

2.4 孔内成像

采用孔成像仪对检测孔进行观测，主要分析PVC管内壁杂质富集情况以及孔内水流紊乱情况，可以较为直观地复合地下水流速测定结果。

2.5 示踪试验

向防渗墙上游钻孔投入示踪剂(食盐)，在防渗墙下游多个钻孔内，测定其电导率，绘制时间—浓度曲线，确定上下游地下水连通性。

3 分析与结果

根据水库运行期间K1断面处埋设的渗压仪出现异常，现场水位观测资料显示，该部位水位略微高于两侧坝下观测孔水位，因此将该部位为重点检测部位。

3.1 水面以上部分

根据坝体渗漏特点，此次检测将心墙裂缝以下过渡料划分为压力渗流带、垂向渗流带及饱和渗流带。

根据K2钻孔孔内成像结果，稳定水位(686.93m)以上高程686.582m处，PVC花管周边孔洞内地下水呈喷射状涌入孔内，其下部30cm内花管周边孔洞并未发现此现象，其渗漏现象符合人为划定的区域，因此可以判断686.582m左右渗漏严重，心墙存在拉裂可能(见图2)。

图2 水面以上部分孔内成像结果

3.2 水面以下部分

根据孔内成像结果，水下部分高程681.00～682.00m出现粒子运动非常紊乱的迹象，水下部分高程675.50m处，管壁附着物呈放射状汇聚于下游部位孔洞，同时伴有悬浮物被吸着于孔壁之上。对比流速测定曲线，可以看出在高程681.00～682.00m及674.00～677.00m之间存在明显的突变点，该部位流速高于其他部位，同时根据胶体粒子捕捉窗口，可以看到胶粒快速穿过，其流速已超过仪器测量范围，477.00～681.00m之间主要以垂向流为主，综合以上分析，水下部分681.00～682.00m及674～677.00m存在较强渗漏(见图3)。

图3 水面以下部分孔内成像及流速测试对照结果

结合流速测试及孔内成像结果，选取K1作为投源孔进行了两次分段式示踪试验。试验参数见表1，结果见图4。

表1 Ⅱ-Ⅱ′检测断面K1孔投源试验参数

图4 观测孔电导率—时间关系曲线(K1投源孔)

根据示踪试验结果，第1次试验中K4钻孔内地下水电导率在投源后逐步上升，由初始值380μS/cm逐步增大至520μS/cm左右，因此可以确定ZK3钻孔高程670.00m以上部位与下游存在联通通道；第2次试验中K3、K4钻孔内地下水电导率基本无变化，ZK3钻孔高程670.00～655.00m以上部位与下游不存在联通通道。

结合流速测试、孔内成像及示踪试验结果，可以确定Ⅱ-Ⅱ′检测断面681.00～682.00m及674.00～677.00m 存在较强渗漏。

4 处理方案及检测效果

通过以上方法对大坝整体进行检测后，确定桩号0+050～0+115、0+410～0+435、0+475～0+530及0+260～0+330心墙部位及心墙与防渗墙接触部位渗漏严重。2018年在心墙上游针对以上各部位采用双排旋喷桩灌浆的方式进行渗漏处理，处理过程中下游渗漏量急剧减少，截至到2018年10月防渗灌浆后期，坝下明流全部消失。渗流效果对比见图5。

图5 灌浆效果对比

5 结论与讨论

采用流速测试、孔内成像及示踪试验的综合检测方法，针对沥青混凝土堆石坝渗漏部位确定，具有快速、准确的特点。三座店水库的应用成果，验证了此方法的合理性及可靠性。各种检测结果的一致性，提高了检测结果的精度，削减了由于检测精度及施工工期等问题产生的水库渗漏的处理成本，此方法可以为其他地区该坝型的渗漏检测工作提供解决思路，为渗漏处理方案的制定提供基础支撑。