高密度电法揭示水库大坝渗漏原因

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霍林河水库

霍林河水库位于内蒙古通辽市扎鲁特旗境内,霍林郭勒市上游26km,总库容4999万m³,总库容3852m³,是霍林河干流上一座以电力工业供水为主,兼顾城市防洪､旅游及水产养殖为一体的中型水库｡工程主要由大坝､泄洪洞､取水洞等建筑物组成｡

霍林河水库自蓄水以来，大坝渗漏严重，本案例采用高密度电法对霍林河水库大坝渗漏情况进行了探测试验，并结合实测资料分析大坝渗漏原因｡

霍林河水库的渗漏问题 

霍林河水库自蓄水以来，大坝渗漏严重，未达到正常蓄水位。2008年3月，库水位为937.7m，现场巡视过程中发现坝后坡脚桩号0+520､0+550处有冒水翻砂现象发生，现场实测坝后渗漏量达到8L/s，随着库水位升高，渗漏量有增加趋势｡

大坝横断面示意图

大坝渗漏严重，渗漏量大，不仅影响水库效益发挥，而且给大坝安全也带来影响。本文利用高密度电法对大坝进行检测，查明大坝坝体渗漏部位及渗漏区域，为大坝防渗处理提供必要依据，然后根据试验成果，对大坝渗漏严重区域进行钻探验证｡

大坝地下水位观测与异常部位 

霍林河水库大坝在桩号K0+160､K0+300､K0+500､K0+700及K0+900处埋设渗流观测井,2010年6月18日水库运行水位为943.75m,测得相应地下水位见表1,该时段水库运行水位相对较高,与现场试验时上游水位945.30m对比,对分析大坝渗漏有代表性。

大坝异常部位

高密度电法设备 

McOHmProfiler4i高密度电法仪

McOHm Profiler4i高密度电法仪是由日本OYO公司在2000年左右设计生产,是具有4通道同时测量能力的高性能电法仪｡

McOHm Profiler4i

Profiler8i高密度电法仪是OYO公司在McOHmProfiler4i的基础上最新推出的8通道数字化高密度电法探测仪器｡

在McOHmProfiler4i的基础上进行了全方位改进,仪器性能大幅提升｡McOHm Profiler8i是日本OYO公司首台加入IoT物联网兼容模块的高密度电法探测仪器,可配合云系统使用云分析服务,是未来电法探测自动化､智能化､高效化､信息化的先驱,引领最新的高密度电法发展方向｡

McOHm Profiler8i

高密度电法实验 

测线布置

为探测霍林河水库坝体渗漏情况及灌浆效果，沿坝轴线方向共布设4个探测断面，探测断面见图。为取得足够深的探测深度，电极布设采用“单极-单极”阵列，电极数为32个，根据各探测断面总长度的不同电极距，各断面测线布置见图､表｡

高密度电法现场布置图

测线布置

数据反演

对高密度电法探测成果进行粗差判别、模型反演、成果后处理等采用RES2DINV程序。探测成果的粗差判别分2步：

首先对原始数据进行粗差初判，对人为因素等产生的系统或随机误差进行识别，完成不合理数据点剔除；

数据进行预反演，通过均方根误差统计计算实测与反演视电阻率之间的误差，当误差达到或超过100%时的数据点需要剔除。从4个探测断面的误差分布看，所有数据点的误差均小于15%，绝大部分数据点的误差小于5%，说明各断面探测成果精度较高｡

反演成果与分析

岩质材料的电阻率与岩土体材料、风化程度、是否浸水等因素有关，当坝体或坝基存在渗漏水时，电阻率明显降低出现低阻异常点，这是高密度电法探测坝体渗漏的物理基础。4个探测断面电阻率断面图，横坐标为桩号，采用常数坐标轴，纵坐标为测深，采用对数坐标轴｡

断面2数值反演视电阻率断面图

探测断面2的视电阻率分布情况见上图，探测断面位于大坝上游高程952.00m处，轴距为+004.5m，探测范围桩号为0+200~0+324m。

由上图可见,该坝段有6处视电阻率明显较小，该坝段视电阻率普遍小于100Ω·m；水平位置0+250m~0+270m，埋深8.06~15.3m处为溢洪洞，低电阻率区域比泄洪洞实际尺寸大故溢洪洞处有渗漏；图中断面0+300m~0+320m之间有渗漏，与表1现场大坝观测情况相同，从图可以看出，坝段0+205m~0+210m、0+243m~0+258m、0+289m~0+310m，3处基岩均有渗漏。依据地勘孔深0~25.0m为坝体填土，岩性为粉土、粉细砂，局部夹粉质粘土，总体来看，坝体和坝基存在很多渗漏点和渗漏区，坝体表层电阻率大，含水率底，而坝体表层以下电阻率变小，含水率高，与地下水观测情况相符合，同时也验证了探测结果准确可靠。

断面3数值反演视电阻率断面图

探测断面3视电阻率分布情况见上图，该断面位于大坝坝顶，高程为952.70m，轴距为-002.5m，探测桩号0+260~0+384m，截断的坝体为新旧防渗墙之间的部分。

由上图可知，大坝整体含水率低，未探测至地下水位，坝体不存在渗漏，新建防渗墙效果显著，大部分坝体填土视电阻率在74.5~169.0Ω·m之间，说明坝体浸润线总体呈逐渐下降趋势，新建防渗墙起到了防渗效果。坝体内部从桩号0+300~0+340m之间视电阻率较低，由于填土原来含水率较高，加固前该段为强渗漏区，新防渗墙建完以后，坝体含水未完全排出所致。

断面4数值反演视电阻率断面图

探测断面4电阻率分布情况见上图，该断面位于大坝下游侧，高程为951.80m，轴距为+006.8m，探测桩号为0+260~0+384m。

从上图中可以看出坝体电阻率在3.55~746Ω·m之间。坝体0+267~0+391m以下基岩存在渗漏，基岩电阻率在由3.55增大到16.4Ω·m，坝体30.6m以上电阻率增大；另外，坝体0+359m~0+373m以下基岩有渗漏，该坝段大部分电阻率在35.1~162Ω·m之间，由地勘可知，孔深0~25.0m为坝体填土，岩性为粉土、粉细砂，局部夹粉质粘土，坝体填土渗透系数较大。29.5~31.5m为强风化凝灰岩，岩芯破碎，呈短柱及碎石状；31.5~34m为强风化凝灰岩，呈短柱状、片状，岩质较新鲜；34~42m为中等风化凝灰岩，岩质新鲜，多呈柱状，少部分为短柱及碎块，基岩渗透系数较大，基岩存在渗透可能。

实验总结 

从探测断面的数值反演电阻率云图和实测资料综合分析来看，本次高密度电法探测较好地揭示了坝体及坝基的电阻率分布情况，验证了高密度电法在大坝探测方面的可靠性。

高密度电法探测技术对内蒙古霍林河水库大坝渗漏进行探测，查明了大坝渗漏位置，为大坝防渗加固提供了依据。

对照前面的实测数据，可以看到目前大坝加固后的防渗效果明显加强，渗漏情况得到改善。

通过对内蒙古霍林河水库大坝渗漏进行探测试验，体现了高密度电法的优点，高密度电法探测具有不破坏大坝、效率高等特点，该方法探测到大坝渗漏位置与大坝地下水位观测结果基本吻合。

高密度电法在大坝探测方面应用前景广阔，在探测布置优化、相关分析研究、建立三维空间电阻率分析模型等方面还值得进一步研究。

本文来源：《霍林河水库渗漏探测试验研究》,徐海峰,窦丹丹,李卓等,三峡大学学报,第36卷,2014年第6期。

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