高密度电法在镇海水库大坝渗漏隐患探测中的应用

韩 涛

(江门市科禹水利规划设计咨询有限公司，广东 江门 529000)

1 工程概况

镇海水库位于广东省开平市苍城镇以北约10 km的潭江一级支流镇海水的上游，水库坝址以上集雨面积128 km2，河长32.15 km，平均坡降0.002，总库容 1.0962亿m3，是一座以灌溉为主，结合防洪、供水、发电、养殖等综合利用的大(2)型水库[1-4]。水库主要建筑物有均质土坝4 座(主坝1座、副坝3座)，溢洪道1座，非常溢洪道1座，泄洪闸1座，输水涵2条和坝后电站1座。

镇海水库于1958年6月动工兴建，1960年建成投入运行使用。经过几十年的运行，水库一副坝坝体、坝脚均存在严重的渗漏隐患。如：下游右坝脚长约8 m范围，排水棱体排水沟上方有明显渗水隐患，渗出水体夹带土颗粒，属于非正常渗漏；现场可见10多处坝脚渗流(清水)，显示全坝段均有不同程度的渗漏问题；由于下游坝坡表面土层较软，电法检测时电极较容易打入土内，坝体密实度较差，渗漏情况较为严重，已严重危及水库安全运行。为此，亟须对镇海水库一副坝采取高密度电法进行物探检测，以查清水库大坝渗漏具体位置，为后期水库的除险加固提供准确的参考依据。

2 测线布置

镇海水库一副坝坝体为均质土坝，坝顶高程30.3 m，最大坝高23.4 m，坝顶宽6.5 m，防浪墙顶高程为31.4 m。上游坝坡为干砌石护坡，20.65 m 高程以上坡率1∶2.00，20.70 m 高程以下坡率1∶3.00。下游坝坡高程23.00 m处有一宽2.00 m的戗台，戗台以上坝坡1∶2.50，以下1∶2.75。下游反滤体顶高程15.00 m，内坡1∶1.00，外坡1∶1.50。

此次探测采用重庆奔腾数控技术研究所生产的高密度电阻率仪，该款仪器采用了电阻率和IP成像系统；观测装置采用温纳四极装置(α)，分别在坝体坝顶、背水坡戗台和反滤棱体上方位置进行物探剖面检测(见表1)，物探剖面编号W1-W1′、W2-W2′、W3-W3′，由于高密度电法探测深度有限，本次探测共布置了3条测线，具体如下。

表1 镇海水库一副坝高密度电法测线特性

2.1 坝 顶

剖面编号W1-W1′测线布置在坝顶位置，顺水流方向，从坝顶左侧山边开始，一直到右坝头。该剖面测线长295.0 m，共布设60个电极，电极间距5.0 m，电极点总层数19层，测点255个，该剖面探测最大深度为47.5 m，探测时库水位为22.85 m。

2.2 背水坡

剖面编号W2-W2′测线布置在背水坡戗台处，该处剖面测线长度275.00 m，共布设了56个电极，电极间距5.00 m，电极点总层数18层，测点235个，探测最大深度为45.00 m，探测时库水位为22.85 m。

2.3 排水棱体

剖面编号W3-W3′测线布置在排水棱体顶部上方约80 cm处，该处剖面测线长度141.0 m，共布设了48个电极，电极间距3.0 m，电极点总层数15层，测点126个，探测最大深度为22.5 m，探测时库水位为22.85 m。

3 探测结果分析与验证

3.1 探测结果分析

本次测量使用温纳排列，该种阵列排列法的电极间距越小，其探测深度愈小，测量点数也就更多；反之，间距越大，探测深度愈深，点随之变少。基于填土的电阻率与其自身富含水分的关系，当大坝存在渗漏，其渗漏位置的电阻率会出现明显下降，且显示为低阻异常区。此时，运用Res2 dinv 二维分析软件对探测到剖面数据进行反演分析，便可取得每条测线上的电阻率剖面分布图，如图1～图3所示。

图1 坝顶位置物探剖面图

从图1坝顶探测剖面图进行推测分析，剖面桩号0+055～0+105，高程为18.0～26.0 m段，出现较为明显的低阻异常区A，主要位于坝中填土部位，且填土含水率较高，存在渗漏问题；剖面桩号0+105～0+145，高程为13.0～20.0 m段，也存在低阻异常区B，该区主要位于靠近坝基处填土，与低阻区A相连，填土含水率高，存在渗漏问题；剖面桩号0+190～0+215，高程为13.0～18.0 m段，也呈现了低阻异常区C，该区主要位于靠近坝基处填土，推测填土富含水分，极易出现渗漏问题。

从图2背水部戗台处探测剖面图可以看出，剖面桩号0+048～0+103，高程为3.0～13.0 m范围内，该剖面显示较大区域的低阻异常区D，主要位于坝体下方坝基部位，该处坝基含有大量水分，存在渗漏的可能性较大；剖面桩号0+149～0+205，高程为3.0～13.0 m段，透过反演图可以看到一处低阻异常区E，该区位于坝体下方坝基部位，坝基富含大量水分，可能存在渗漏问题。桩号0+050～0+103段和桩号0+175～0+245段浅表存在高阻区，层厚1.0～5.0 m不等，填土密实度极差。

图2 背水坡马道位置物探剖面图

从图3排水棱体物探成果可见，剖面桩号0+022～0+048，高程为4.0～11.0 m段，存在低阻异常区F，由于F区位于坝体下方坝基部位，土体含水率一般较高，为此，可能存在渗漏问题。在查看剖面桩号0+073～0+092，高程为7.0～11.0 m段范围时，可以清楚看到一处与周围土体不同的低阻异常区G，其主要位于坝体下方坝基部位，考虑到该处坝基富含水分，可能存在渗漏问题；桩号0+022～0+080段和桩号0+099～0+112段浅表存在高阻区，层厚1.0～2.0 m不等，且填土密实度极差。

图3 排水棱体顶部上方位置物探剖面图

从上述物探剖面结果可以看出，镇海水库一副坝坝体填土密实度较差，且填土含水率较高，推测可能存在两条渗漏通道，坝顶渗漏范围为桩号0+045～0+145和桩号0+190～0+215段，马道渗漏范围为桩号0+048～0+103和桩号0+149～0+205段。

3.2 钻探试验

为了验证高密度电法物探结果的精准性，镇海水库安全鉴定还进行了现场钻探试验，本次在坝顶布置7个钻孔，坝后背水坡处布置4个钻孔，每个钻孔必须钻至坝基以下5～10 m，进入相对不透水层或强风化层应不少于3 m。经钻探发现，镇海水库一副坝的坝体主要由粉砂岩残积土填筑而成，为粉质黏土，局部夹杂强风化碎块，欠压实，较松散，遇水易崩解，密实度较差，中等透水性，且现场勘察期间，右坝段坝脚反滤体发现有清水流出，坝体存在渗漏问题；坝基现场钻孔发现岩土层自上而下、由新到老为粉质黏土、角砾、粉砂、残积土、全～弱风化粉砂岩；现场勘察期间，坝脚存在严重漏水现象，且坝后开挖土层也发现渗水情况。

现场注水试验结果表明，坝体填筑土注水17段，计算渗透系数介于6.63×10-5～1.68×10-3cm/s之间，渗透系数平均值为5.30×10-4cm/s，大值平均值为8.69×10-4cm/s，小值平均值为2.90×10-4cm/s，渗漏量为1.627 L/s，渗透性等级属中等透水(见表2)；坝基粉质黏土的渗透系数6.70×10-5cm/s，角砾的渗透系数6.71×10-2cm/s，粉砂的渗透系数3.92×10-3cm/s，全风化粉砂岩的渗透系数9.26×10-5cm/s，渗透性等级均属于中等透水性；残积土的渗透系数介于2.32×10-5～1.45×10-4cm/s，平均值为5.92×10-5cm/s，大值平均值为1.12×10-4cm/s，强风化粉砂岩的渗透系数介于1.10×10-5～1.46×10-4cm/s，平均值为6.65×10-5cm/s，大值平均值为1.22×10-4cm/s，两者渗透性等级均属于弱～中等透水性(见表3)。残积土层和强风化层局部段渗透系数偏大，存在渗漏通道。

表2 坝体现场钻孔注水试验结果

表3 坝基现场钻孔注水试验结果

从上表可以看出，镇海水库一副坝坝体测出渗透系数多为中等透水性，存在严重渗漏问题，这与高密度物探结果相符，由此，也验证了高密度电法应用于大坝渗漏隐患探测中可行、可靠性[5]。

4 结 论

(1)一副坝坝体多处存在低阻异常区，且填土松散、欠压实，密实度较差，推测存在两条渗漏通道，渗漏情况较为严重。

(2)坝基存在透水砂层，且填土含水率较高，存在渗漏问题。

(3)建议对镇海水库一副坝的坝体、坝基存在低阻异常区域以及可能存在渗漏部位进行开挖，并进行灌浆处理，消除渗漏隐患。