综合物探技术在大坝坝基渗漏探测中的应用

张瑜鹏，夏志强，荣 鑫

(浙江省水利水电勘测设计院有限责任公司，浙江 杭州 310002)

老石坎水库位于湖州市安吉县孝丰镇西南10km处的西苕溪支流南溪上，坝址以上控制南溪流域面积258km2。水库正常蓄水位117.0m(吴淞高程)，总库容1.14亿m3，是一座以防洪为主，结合供水、灌溉、发电、养鱼等综合利用的大(2)型水库。该水库作为安吉县水利基础设施中重要组成部分，担负着该县防洪、发电等重要任务，在促进当地经济发展、改善农业生产条件等方面发挥着巨大的作用。近期发现水库水位涨至120.5m时坝下发生渗漏水现象，不仅影响到水库使用功能的正常发挥，且也会给水库的运行留下安全隐患，甚至造成不可挽回的损失，故查明其渗漏原因，对水库安全运行有重要意义[1]。

水库大坝坝基渗漏探测多采用钻探法、探地雷达法及高密度电法等手段，其中钻探法作为最直接的勘察方法，其成果较为直观准确，但大面积钻探效率低，场地条件要求高，成本较高，且施工影响大。物探作为现今工程勘察行业的前沿性技术，具有精度高、速度快、受场地限制小等特点，对探测目标不会造成损伤，在水库大坝这类重要建筑物的工程勘察中具有一定的探测优势[1- 4]。基于物探手段对探测地质体解析的多解性和特殊性，采用多种物探手段联合勘探的综合物探法能提高勘探精度，以达到最终的定性及定量解释的目的[5]。本文主要结合工程实例，围绕综合物探法在坝基渗漏探测中的应用进行分析，过程中结合钻探法及钻孔电视的直观验证，以提高整体探测成果的准确性，其成果可为类似工程提供参考。

1 工程概况

老石坎水库坝址位于西苕溪支流南溪、老石坎村上游约2km处。坝址区河谷底宽为380m。受台风天气影响，水库水位涨至120.5m时坝下产生渗漏水。现场查勘见原刺墙上有一近直立的纵向裂缝，宽约1～3cm，深度不详，初步分析，可能由于刺墙或者倒挂井开裂产生漏水通道而引起。为查明坝址右岸渗漏原因及渗漏通道位置及其相关联的主要工程地质问题并作出初步评价，本次工程物探工作采用地质雷达、钻孔电视、超高密度电法相结合的综合物探方法。

本次探测区域为泄洪闸左侧0+297.4m到泄洪闸右侧0+397.4m的倒挂井防渗墙部分，长度为78.8m，其中0+358～0+379.2m范围为泄洪闸。倒挂井设计为低弹模混凝土，井下为钙质页岩。

2 物探工作原理及测线布置

2.1 地质雷达原理

地质雷达探测原理如图1所示，根据电磁波在有耗介质中的传播特性，发射天线向地下发射高频脉冲电磁波(MHz～GHz)，当其遇到地下不均匀体或界面时会反射一部分电磁波回来，其反射系数主要取决于地下介质的介电常数，雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理，达到探测识别地下目标物的目的[6- 7]。本次地质雷达探测天线主频为50MHz的非屏蔽天线和100MHz屏蔽天线，50MHz天线测量采用时间间隔方式，触发时间间隔0.2s，采样时窗947ns，采样点数512个，叠加次数64次；100MHz天线测量采用滚动测量方式，点距0.05m，采样时窗449ns，采样点数480个，叠加次数8次。

2.2 钻孔电视原理

钻孔电视观察利用仪器探头、深度计数装置将钻孔孔壁的图像、裂隙方位及深度摄录下来，通过地面控制操纵探头的转向及焦距，利用井下高清晰摄像头探头对孔壁进行360°全方位拍摄，记录下钻孔孔壁的全断面随深度变化的图像。通过专用软件对拍摄的孔壁图像进行编辑分析处理，为保证拍摄质量，观察过程中井下电视拍摄速度一般控制在每分钟1.0～1.5m以内。

2.3 超高密度电法原理

超高密度电法工作原理属电阻率的范畴，是一种阵列式勘探思想[8- 9]，野外测量时只需将全部电极(几十至上百根)置于测点上，通过多芯电缆把所有电极连接至仪器，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集，数据采集方式是分布式的，当将测量结果送入微机后，还可对数据进行处理并给出关于视电阻率等值线图或真电阻率反演剖面等各种图示结果[10- 11]。本次探测采用多通道、超高密度直流电法仪。

2.4 测线布置

在本次大坝坝基渗漏探测过程中，勘察方法操作严格遵循SL 326—2005《水利水电工程物探规程》内的技术要求实施，在泄洪闸左右两岸沿大坝轴线布置了地质雷达测线2条，分别为自钻孔ZK右13至ZK右1及自钻孔ZK左1至ZK左45。超高密度电法与钻孔电视皆在各钻孔内进行，具体平面布置如图2所示。

图1 地质雷达检测原理示意图

图2 平面布置图

3 综合物探成果分析

3.1 地质雷达成果分析

本次地质雷达成果分析选取泄洪闸左岸测线，泄洪闸左岸50M天线的地质雷达剖面图如图3所示，测线沿倒挂井ZK左1至ZK左45。可以看到图中反射波同相轴连续性好，地质雷达波的能量横向分布比较连续；图中椭圆范围内反射能量较强，呈多次反射，经现场排查，异常现象为测线拐弯的干扰影响造成，椭圆区域右侧的抛物线右翼多次反射同样为测线拐弯的干扰；剖面深部能量较弱，无明显混凝土缺陷异常。

泄洪闸左侧100M天线的地质雷达剖面图如图4所示，测线位置与闸左50M天线相同。可以看到图中反射波同相轴连续性好，地质雷达波的能量横向分布比较连续；在350ns左右有两条强反射同相轴，深度约17.5m，推测为地下水位线；剖面深部能量较弱，无明显混凝土缺陷异常。

3.2 钻孔电视成果分析

钻孔电视是通过观察钻孔孔壁图像，以了解孔内混凝土缺陷及基岩岩性及裂隙分布等情况，再通过内业整理，提供钻孔混凝土或岩体观察图片及电视观察缺陷剖面图。

(1)ZK左33钻孔

ZK左33钻孔电视范围0～40.19m(高程124.52～84.33m)，其中0～15.95m为混凝土，混凝土段较完整，未发现明显缺陷；15.95～16.20m为混凝土与岩石接触面，接触面胶结较好。接触面情况见表1。

图3 闸左50M天线地质雷达剖面图

图4 闸左100M天线地质雷达剖面图

表1 ZK左33混凝土及混凝土与基岩接触面钻孔电视成果

16.20～40.19m为钙质页岩，根据钻孔电视成果资料分析，16.40～26.50m为强风化基岩、26.50～31.50m为弱风化基岩、31.50m以下为微风化基岩。其中强风化基岩较为破碎，多次因破碎产生空洞，弱风化基岩部分破碎，微风化基岩较完整。基岩不同风化程度展示图见表2。

(2)ZK左23

ZK左23钻孔电视范围0～38.94m(高程124.52～85.58m)，其中0～12.57m为混凝土，混凝土段较完整，未发现明显缺陷；12.57～12.69m为混凝土与岩石接触面，接触面胶结较好。接触面情况见表3。

12.69～38.94m为钙质页岩，根据钻孔电视成果资料分析，12.69～22.20m为强风化基岩、22.20～28.2m为弱风化基岩、28.20m以下为微风化基岩。其中强风化基岩较为破碎，多次因破碎产生空洞，弱风化基岩部分破碎，微风化基岩较完整。基岩不同风化程度展示图见表4。

表2 ZK左33不同风化程度基岩钻孔电视成果

表3 ZK左23混凝土及混凝土与基岩接触面钻孔电视成果

表4 ZK左23不同风化程度基岩钻孔电视成果

3.3 超高密度电法成果分析

结合钻探及钻孔电视的直观成果，本次超高密度电法成果分析选取钻孔ZK左33～钻孔ZK左23电法剖面图，经数据采集及处理，该剖面的真电阻率如图5所示，剖面的纵轴为深度，横轴为平距，单位皆为m。

图5 钻孔ZK左33～钻孔ZK左23电法剖面图

根据钻探成果及ZK左33～ZK左23孔间电法剖面图，ZK左33孔深15.0m以上～ZK左23孔深13.3m以上范围，电阻率相对较低，探揭露该处为塑性混凝土防渗墙，分析认为该处防渗墙完整。两孔之间，ZK左33深度15.0～27.0m至ZK左23深度13.3～23.4m，视电阻率相对较高，钻探揭露该处为风化破碎的强风化基岩，分析认为该处灌浆效果较好，呈高阻反映。ZK左33深度27.0～31.2m至ZK左23深度23.4～29.6m，视电阻率相对较低，钻探揭露该处为弱～微风化基岩，分析认为该处灌浆未完全或浆液固结效果差，局部仍存在层状渗漏通道。ZK左33孔深31.2m以下～ZK左23深度29.6m以下，视电阻率较高，钻探揭露该处为微风化基岩，较完整。

通过对上述探测成果，并结合现有地质资料综合分析，可以得出：

(1)倒挂井混凝土段为塑性混凝土，视电阻率较低，3种物探方法皆未探测到明显异常，分析倒挂井混凝土段基本完整。

(2)接触带强风化基岩的钻孔电视图像显示岩体较为破碎，多处因破碎产生空洞，但超高密度电法剖面揭示该深度视电阻率一般较高，分析该深度段普遍灌浆效果较好；强风化基岩深部的钻孔电视图像显示岩体较为破碎，多见空洞且超高密度电法剖面揭示存在众多低阻带或低阻体，分析部分区域该深度灌浆未完全或浆液固结效果差，存在层状渗漏通道。

(3)深部弱风化-微风化带基岩的钻孔电视图像显示岩体较完整，且视电阻率较高，分析该深度基岩较完整。分析结果与地质钻探资料基本吻合。

上述结果表明，老石坎水库坝基渗漏综合探测成果精度高，发现坝底强风化基岩为主要渗漏路径，为老石坎水库工程的安全提供了保障。

4 结论

(1)以地质雷达、钻孔电视和超高密度电法为主体的综合物探方法，结合地质钻探工作，有效查明了老石坎水库坝下渗漏主要为坝基渗漏，推测为无集中渗漏通道。

(2)采用综合物探技术在大坝坝基渗漏探测方面取得了良好的成果，多种方法既可以相互佐证，又能在调查深度上互为补充。超高密度电法和地质雷达可准确反映内部微观变化，钻孔电视对内部建筑物及地层结构有直观的体现。

(3)物探方法作为间接的地质探测方法，地形、电磁等干扰因素较多，多种物探方法相互结合，发挥各类方法的优势，以达到提高探测效果和解析精度的目的。