基于水库大坝渗漏探测及定向处理技术及应用

徐生凌

（新疆昌吉回族自治州呼图壁河流域管理处）

1 工程概况

本次研究的水库以灌溉为主要任务，水库枢纽由大坝和溢洪道以及坝下涵管等组成。大坝为粘土心墙坝，坝顶高程为423.5 m，最大坝高为10.35 m，坝顶宽为6.0 m，坝长为10 500 m，大坝的左侧为溢洪道，右侧布设坝下涵管。通过对现场深入的调查，显示大坝在运行时，其大坝左侧下游坡脚的排水沟出现的漏水情况最为严重，由此致使大坝的蓄水位低下，渗漏量最大的点在溢洪道起的35 m 位置。由于无法明确造成渗漏的主要区域位置及原因，所以采取并行电法进行探测，并以此来提出科学的治理方案。

2 渗漏探测和定向处理分析

2.1 并行电法技术

依据不同的施加电流方法，并行电法有两种不同的采集方法，即单点供电法与偶极子法两种采集方式。本次对水库的渗漏探测使用单点供电法，具体如下图1 所示，采集时，电极B 只具备建立电流回路的功能而被置于无穷远处。依据协议发布供电的命令，促使任意的电极（电极1）为供电的状态，而其它的测量电极（电极2～n）则进行采集同步的电位数据，然后供电和采集有机组合，全部电位的数据和参比电极N 进行归一化电位差的相应处理，进而得出二极和三极以及分辨较高的三维数据体，进一步提升解译的精度。

图1 单点供电法工作原理

2.2 定向处理法

土石坝的基本构成主要是土石混合的颗粒，并且经过分层进行碾压而成，填筑使用的材料为散粒体结构，并且出溢点非常低下，出现较小的渗漏量是符合标准的，但是大坝的坝体和岩基抗渗的性能降低会逐步演变成经渗透而破坏的病险水库。通常情况下在迎水坝坡和坝顶以及下游坝坡等位置沿平行大坝轴线方向建立多条电法测站，使用解译的模块对数据加以有效的处理和分析，再对各测线的电阻率断面开展有序的集成，电阻率的断面测网予以呈现。观察电阻率拟断面图，真电阻率的剖面并与渗漏点和渗漏量相结合，将电阻率的剖面划分为隐患病险区和扩大处理区以及正常区，再与大坝的结构和历年的处理相结合给出科学合理的处理建议。根据对已采用该方法和不采用该方法对病险水库进行防渗的处理结果显示：采用该方法的灌浆孔所消耗的浆量达到全部工程的耗浆量95%，而防渗的流量也高达95%，进一步表明使用定向灌浆处理的重要作用。

于大坝的坝顶防渗断面上，对不同电性的区域使用相应的定向处理和钻孔，判断隐患病区出现渗漏的高程，为选择灌浆形式提供重要的参考依据。隐患病区采取多排密集型的钻孔，然后依据实际的渗漏现象使用多排防渗的解决措施。在钻孔过程中对钻进的速率进行仔细观察，并开展注水和压水的实验，分析渗漏点水质水量的变化，对灌浆的工艺与浆液比进行相应的调整，提高对隐患区封堵的效果；若渗漏区扩大则使用提高间距的钻孔布局，减少排列的数目，使用简单的灌浆技术，进一步对大坝进行加固及排出遗漏；依据不破坏原始安全运行的标准，对正常的区域不使用钻孔布局，进而避免造成浪费。通过利用探测和灌浆结合，经过探测出灌浆的靶区后进行注浆钻孔，然后揭露土体的实际分布和状态以及灌浆的主要数据，以此反馈并修正探测的成果，最终提升了探测的精度，有效避免传统灌浆技术效果差的问题。

3 定向处理的应用和评价

3.1 结果分析和处理

通常情况下，大坝电性以层状的分布形式从浅到深，而渗流弱区则与周围介质表现为低阻异常，而坝基和左右岸的山体阻值表现较高，此是并行电法进行查漏的基础，把收集的数据通过一定的处理而得到视电阻率的断面图。将横轴的起点设为左岸溢洪道的右边墙，而测线的水平线为纵轴，等值线则呈现视电阻率的变化情况。由于坝顶为预制砖块，所以上表层的视电阻率大，大坝的低阻区则分布于0～40 m 段和60～100 m 段。利用两条测线在不同的高程下一体化勾勒出渗漏的分布。由于库水位和坝顶间的距离为2.3 m，以及坝脚的溢出点位置，把大坝的5～25 m 段设定为隐患病区，推测渗漏是坝体的下部和基岩填筑不密有关联，因此建议使用水泥粘土的定向低压充填进行灌浆，而对接触带则采取接触灌浆进行处理。

3.2 定向处理的过程和评价

3.2.1 定向孔位的设计和施工

依据上述并行电法的结果和建议对水库的渗漏开展定向灌浆的有效处理。依据隐患病区进行上下2 排的灌浆孔布局，间距控制在3 m，下排则处在大坝的心墙部位，灌浆的孔距控制在1.5 m，然后分三序进行施工，上排则在坝顶的偏上游，距离心墙轴线1.3 m，孔距控制7.5 m，分成两序进行施工，如下图2所示，在进行灌浆时，顺序应当以先下排后上排，先Ⅰ序孔，后Ⅱ序孔、再Ⅲ序孔，最后灌补孔，依据实际的现场情况可对钻孔的间距与序次进行调节。

3.2.2 堵漏实施

为明确水库大坝的土层与渗流的薄弱位置，先开展先导孔的实验。将先导孔布设于大坝的正常区，坝体的岩土层从上到下分别为0～13.5 m 的范围为粉质粘土、13.5～14.5 m 的范围为坝基强风化碎石土、14.5～20.0 m 的范围为坝基弱风化段红砂岩，吃浆量总共0.9 t，如下表1 所示。另外，大坝的坝体段，其视电阻率高是因为坝体的填料粗粒多，浸润线低有关。

表1 钻孔的平面距离与灌注浆量

在灌浆时，水库的水位和流量依时间的变化而变化，在钻孔开始时的水位47.54 m，量水堰流量1.45 L/s，在对钻孔I4 和I1 进行灌浆后渗漏量降低到1.04 L/s，而在钻孔I2 注浆时在下游位置出现了浆液，通过调整灌浆的顺序对Ⅱ2 注浆后显示坝脚的渗漏量下降到0.05 L/s，只有初渗的3.4%，符合大坝允许的渗漏标准。钻孔补1 和补2 以及补3 显示坝基强风化带的裂隙发育，而在灌浆后的渗漏量下降较小。需要关注的是对Ⅲ1 进行钻孔注浆时显示孔Ⅲ6冒浆，由于浆液基本从优势的通道进行扩散，进而说明薄弱区在两个钻孔之间，与定向灌浆的结果相结合，水库的大坝渗漏主要在K0+007 至K0+022 段，渗漏的位置在坝体段，和探测的结果相同，进而表明并行电法对渗漏进行探测的准确性和可行性。

3.2.3 灌浆质量的评价

当全部工程进行定向处理结束后，于水库大坝的核心渗漏位置建立检查的孔为检1 和检2，检1在孔位Ⅱ2和Ⅲ3之间，检2 则在Ⅰ3和Ⅲ6之间，根据大坝的注水和压水的渗透系数作为判断透水的程度标准，具体结果如下表2 所示。通过定向的处理，大坝深度3 m 以下的渗透属于微透水，进一步证明了水库大坝的坝体和岩基在经过灌浆之后，显著提高了质量。

表2 定向灌浆质检

为了验证在长时间的运行下水库的防渗效果，避免已经完成堵渗的通道再一次出现渗漏的情况，多次使用并行电法对水库进行检测。根据检测的结果显示，水库的水位在略低定向处理的库水位时，坝脚的原渗漏位置没有显示明流，进而表明水库可以正常的进行蓄水和运行。根据坝顶的防渗断视电阻率图的结果显示，原水库的大坝核心渗漏区出现的低阻异常完全的消失，并且坝体的视电阻率非常的平衡均匀，没有出现明显的低阻异常。进而说明，水库的隐患在进行防治处理中运用并行电法和定向处理的效果较好，并且可行性非常高。

4 结论

综上所述，通过对大坝进行渗漏的探测检查，依据视电阻率的大小把大坝分成三个区，即核心的渗漏区和影响区以及健康区，然后再使用定向处理技术进行处理，而在灌浆时提高对渗漏区的孔距，并增加一定的排列来提高质量，在处理后渗漏的情况显著好转，达到预期的目标。水库进行渗漏的探测和定向处理融合了查漏和堵漏，进而快速的锁定渗漏区和定向处理，最终解决渗漏的难题，减少了工期和降低了成本，并且防渗的效果十分显著，因此可进一步推广。