霍林河水库渗漏检测与防渗效果分析

杨 阳 徐海峰 李 卓 李 铮 何勇军 范光亚

（1.南京水利科学研究院 大坝安全与管理研究所，南京 210029；2.南京水利科学研究院 水利部大坝安全管理中心，南京 210029）

1 工程渗漏及处理概况

霍林河水库位于霍林郭勒市上游26km，总库容4 999万m3，兴利库容3 852万m3，水库以供水为主，兼顾城市防洪、旅游.工程由大坝、泄洪洞、取水洞等建筑物组成.大坝为沥青混凝土心墙砂壳坝，坝顶长1 230m，坝顶高程953.30m，最大坝高26.10m，坝顶宽5m.大坝上游采用模袋混凝土护坡，下游采用碎块石护坡，下游坡设有马道宽2.5m，马道高程为940.00m，下游坝脚设贴坡排水.

坝体采用沥青混凝土心墙防渗，坝基采用混凝土防渗墙进行防渗处理，防渗体坝轴距为0＋1.8.坝基混凝土防渗墙最大墙高23m，底部伸入基岩0.5m，上部通过混凝土基座与沥青混凝土心墙连接.坝基防渗墙伸入到左、右坝肩覆盖层内50m.取水涵洞布置在靠近左坝肩，底高程932.00m，中心桩号0＋170.泄洪洞在取水涵洞右侧，中心桩号0＋260，底高程为930.0m.

霍林河水库2008年工程完工开始蓄水，自蓄水以来，大坝出现渗漏，主要分布在泄洪洞左侧200m、右侧250m及桩号0＋700～0＋900附近，大部分区域坝后坡脚潮湿，泄洪洞右侧桩号0＋495～0＋515段坝后坡脚见3处集中式明流，渗漏量较大.为了保证工程安全，2013～2014年对大坝进行了防渗处理，在部分渗漏坝段（0－50～0＋520段及0＋730～0＋770段）上游面原心墙前浇筑混凝土防渗墙，坝基进行帷幕灌浆.为了了解大坝的渗漏情况及防渗工程效果，在工程施工前后应用高密度电法对大坝进行了检测.

2 高密度电法检测原理

高密度电阻率法与常规电阻率法原理一样，它是以岩土体的电性差异为基础的一种阵列电探方法，通过一定的电极装置测得视电阻率异常的分布规律，达到认识地下地质体电性结构的目的［1－5］.高密度电法按不同的电极排列方式得到不同的电极排列组合，常见的有温纳对称四极装置（Wenner）、施贝尔谢装置（Schlumberger）、偶极－偶极装置（Dipole－dipole）、单极－偶极装置（Pole－dipole）和单极－单极装置（Polepole），对其基本原理简介如下.

图1 大坝防渗工程断面示意图

由此可求得电阻率ρ

根据在施加电场作用下地层传导电流的分布规律，推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况.野外测量时只需将全部电极（几十至上百根）置于测点上（如图2所示），然后利用程控电极转换开关和计算机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集.当测量结果送入计算机后，还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种物理解释的结果.在大坝渗漏检测方面，由于检测出的视阻率结果与材料类型、风化程度、是否浸水等因素有关，当坝体坝基存在渗漏水，对应检测区域会出现明显的低阻区，从而能够判别大坝渗漏.

图2 高密度电发布设原理图

大坝渗漏探测通常可分为包括高密度电法在内的电磁法、弹性波类探测法及物探方法.其中，弹性波法主要是根据岩土体介质弹性差异进行探测，分析介质弹性变化和含水率关系，对于饱和水体分辨能力较差，而物探类方法只能定性的确定大坝内部电性分部，需要多种方法综合才能提高渗漏探测精度.相对这两类方法，包括高密度电法在内的电磁法则对渗漏的敏感性强，探测结果较为直接和直观.同时，相对于常规电法，高密度电法电极布设一次完成，能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，实现了野外数据采集自动化，其效率高成本低，信息丰富，解释方便，勘探能力显著提高.

3 检测结果分析与评价

3.1 检测结果分析

为了解大坝渗漏情况，2013年9月沿坝轴线方向布设了6个检测断面，当日水位为946.41m；在防渗工程基本完毕后，2014年9月沿坝轴线方向又布设了9个检测断面，当日水位为947.20m.通过对两次检测数据进行粗差判别、模型反演及后处理，共获得了15个断面的有效视电阻率云图，云图横坐标为桩号，纵坐标为测深，视电阻率（单位为Ω·m）.在15个断面中选择其中具有代表性的5个断面进行分析，这5个断面统计表见表1，视电阻率云图见图3～7.

图3 2013年检测断面1数值反演视电阻率云图

图4 2013年检测断面2数值反演视电阻率云图

图5 2014年检测断面A数值反演视电阻率云图

图6 2014年检测断面B数值反演视电阻率云图

图7 2014年检测断面C数值反演视电阻率云图

表1 检测断面统计表

1）断面1.根据图3，断面1大部分区域视电阻率较低，部分区域低于25.0Ω·m.在库水位以下坝体和坝基部分存在多处低阻区，透水性相对强，存在渗漏点和渗漏区.表层有斑点状部位，视电阻率明显变大，含水率底，为表面局部裂缝及破损.从图中可以看出溢洪洞的位置，在0＋250～0＋270m之间.

2）断面2.根据图4，断面2大部分坝体填土视电阻率在50～150Ω·m之间，从桩号0＋330附近和0＋350～0＋380出现两个低阻区，视电阻率在10～50Ω·m，说明大坝填土含水率较高.

3）断面A.断面A为防渗处理后检测断面.根据图5该段坝体视电阻率在25～150Ω·m之间，由于防渗墙的作用，视电阻率云图层次较为清晰，各层之间视电阻率呈渐变状态.桩号0＋280～0＋360区域受到施工灌浆及降雨积水影响，视电阻率相对较低.

4）断面B.断面B为防渗处理后检测断面.从图6中可以看出坝体视电阻率分布连续完整，各层视电阻率分界线较为明显.该段坝体视电阻率在100～200 Ω·m之间.表层视电阻率也相对较低，原因是施工灌浆及降雨等影响，表层积水未完全排出，导致表层填土含水率较高.

5）断面C.断面C为防渗处理后检测断面.从图7中可以看出坝体视电阻率分布连续完整，各层分界线明显.目前坝体和坝基的视电阻率大于100Ω·m，大部分在150～200Ω·m之间变化.此断面防渗施工前视电阻率在73～120Ω·m之间，可见目前此部位含水率减小，防渗工程起到了较好的作用.

3.2 防渗效果评价

通过对比两次高密度电法检测结果可知，进行防渗处理后的坝体及坝基视电阻率大部分大于70.0 Ω·m，且坝体部分视电阻率普遍在100.0～150.0Ω·m之间.相较于防渗处理前，相同部位防渗处理后检测得到的视电阻率明显增大，说明大坝土体含水率减小，对应渗漏区的坝体内部低阻区明显减少，说明防渗工程起到了明显的作用.为了进一步得到量化的对比数据，这里选择防渗处理段和未做防渗处理段各施工前后同断面数据进行统计分析，得到视电阻率的均值（E）和方差（S），并做对比分析，分析结果见表2.

表2 对比分析断面统计

通过统计数据表2可知，桩号0＋200～0＋300段，新建防渗墙后，视电阻率均值提高了21.4Ω·m，由于此部位处于泄洪洞段，视电阻率分布的均一性较差，视电阻率方差数值较大；桩号0＋300～0＋400段，新建防渗墙起到了较好的作用，视电阻率均值提高了58Ω·m，同时视电阻率均一性有明显提高，说明大部分区域视电阻率在100Ω·m附近，低阻区减少；由于桩号0＋800～0＋900区域未做防渗工程，此区域两次检测数据变化不大.通过对施工前后两次检测断面视电阻率数据的分析对比，可以看到防渗加固工程整体起到了较为明显的作用.

4 结 论

通过两次探测分析可以看到，高密度电法布线简单高效、对大坝不需要进行开挖破坏、成本低时间短、能够揭示大坝内部大量信息.就目前应用于大坝渗漏研究来说，其定性的识别结果直观可靠，但针对坝体含水率、孔隙率与探测结果电导率之间的相关规律方面，还需要进一步研究，这是该方法在大坝、边坡、提防探测领域未来需要研究的重点问题.

［1］ 廖全涛，王建军.高密度李那在滑坡调查中的应用［J］.资源环境与工程，2006，20（4）：430－431.

［2］ Guo Xiujun，Huang Xiaoyu，Jia Yonggang.Forward Modeling of Different Types of Landslides with Multi－electrode Electric Method［J］.Applied Geophysics，2（1）：14－20.

［3］ 康金盛.物探勘察在复杂滑坡勘察中的应用研究［J］.西部探矿工程，2007（3）：122－124.

［4］ 宋传星.高密度电法在滑坡体勘察中的应用［J］.工程勘察，2011（2）：47－52.

［5］ 徐海峰，窦丹丹，李 卓，等.霍林河水库渗漏探测试验研究［J］.三峡大学学报：自然科学版，2014，36（6）：10－14.