水電站水庫大壩堤防滲漏檢測技術(shù)應(yīng)用

1、32/32水電站水庫大壩堤防滲漏檢測技術(shù)應(yīng)用房純綱 姚成林 賈永梅 鄧中俊（中國水利水電科學(xué)研究院,中水科技，100038）【摘要】 1998年8月大洪水后，國內(nèi)外關(guān)于堤防滲漏隱患探測技術(shù)及儀器的研究與開發(fā)普遍重視。由于堤防和土壩結(jié)構(gòu)及其滲漏隱患復(fù)雜多變，決定了堤防滲漏隱患探測技術(shù)的困難專門大和對探測儀器標(biāo)準(zhǔn)要求專門高。本文在介紹我國堤壩構(gòu)造特點后，分析了堤壩滲漏隱患種類及特點、堤壩出險形式和可用于隱患探測的堤壩的物理參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，提出了對探測儀器的要求。依照使用環(huán)境的不同特點和對儀器的專門要求，作者將國內(nèi)外差不多實際應(yīng)用的堤壩滲漏隱患探測儀器，分為枯水期堤壩隱患（缺陷）探測儀器和洪水期堤

2、防滲漏探測儀器兩類分不進(jìn)行介紹。本文還介紹了現(xiàn)場檢測堤防、心墻、混凝土防滲墻的隱患和基礎(chǔ)裂縫的實例。最后，對堤壩隱患探測技術(shù)應(yīng)用與進(jìn)展的有關(guān)問題進(jìn)行探討?！娟P(guān)鍵詞】堤壩 滲漏 隱患 探測 技術(shù) 儀器1 概述1我國大江大河大湖的堤防多數(shù)建在沖積平原上，地層一般為二元結(jié)構(gòu)，表面覆蓋層較薄，下層為較厚的飽和粉細(xì)砂及砂礫石層，堤基極易產(chǎn)生滲漏，嚴(yán)峻時出現(xiàn)管涌險情。此外，堤防經(jīng)歷次填筑而成，填土不勻，堤身不密實且存在生物洞穴及其他隱患，每到汛期遇高洪水位，堤腳堤身容易產(chǎn)生管涌、散浸等滲漏險情。及時探明險情，確定滲漏位置，解決人工“拉網(wǎng)式”查管涌的落后方法，關(guān)于堤防的除險加固將起到十分重要的作用。洪水退后

3、，加固沿江堤防，防止以后洪水再度肆掠，是全國和沿江地區(qū)的重要任務(wù)。在除險加固往常，首先應(yīng)查明險工險段。一些水毀工程，經(jīng)由人工查看能夠發(fā)覺；而大量隱藏在堤身和堤基內(nèi)的隱患，人工巡查不可能發(fā)覺，只有采納專門研制的儀器設(shè)備，精心探測才能發(fā)覺。查明隱患的位置，有針對性地對重點堤段采取加固除險措施，保證將有限的人力、物力和財力用在最需要的地點，關(guān)于提高防洪減災(zāi)效果，保證安全度汛是十分重要的。我國有大壩86000多座，其中大部分是上世紀(jì)5060年代修建的中小型土壩。由于當(dāng)時施工條件的限制和建成時刻久遠(yuǎn)，這些大壩病險嚴(yán)峻，許多成為三類壩。從2007年開始，三年時刻，國家投入巨資，對6240座病險壩進(jìn)行除險加

4、固，消除病害，保證大壩安全運行。關(guān)于病險壩內(nèi)部存在的裂縫、松散區(qū)、不均勻區(qū)、滲漏通道等各種隱患，只有采納專用儀器設(shè)備才能探測清晰。為除險加固工程設(shè)計提供可靠依據(jù)。 然而，總的來講，目前國內(nèi)外尚無探測堤防和大壩滲漏隱患的成熟技術(shù)和行之有效的儀器1。近年來，特不是在1998年洪水后，國內(nèi)有關(guān)部門及一些單位關(guān)于堤防隱患探測技術(shù)給予高度重視，積極開展了有關(guān)技術(shù)研究及專用儀器研制，計有：瞬變電磁法、頻率域電磁法4、高密度電法、探地雷達(dá)、表面波法、淺層反射地震法、放射性同位素法等。這些方法在許多大壩和長江、黃河、北江、永定河和洞庭湖、鄱陽湖等堤防上均有一些成功應(yīng)用的例子。 本文以堤防隱患探測為例進(jìn)行介紹，

5、其中許多內(nèi)容也適用于大壩。2 我國堤防構(gòu)造的特點我國堤防長度專門長，總長度達(dá)26萬km，僅長江干堤長度已達(dá)3600km堤防修建前未作基礎(chǔ)處理，基礎(chǔ)薄弱。堤防基礎(chǔ)一般為二元結(jié)構(gòu)，即上層為幾米到十幾米厚不透水的覆蓋層；下層為十幾米到幾十米厚透水的沙礫石層和細(xì)沙層。堤防建在覆蓋層上，二者成為一體，像是一座擋水墻浮在透水的沙礫石上。3 堤防隱患（缺陷）分類由于堤防修建質(zhì)量差、堤身高度不夠、經(jīng)多年水力沖刷帶走細(xì)顆粒土、基礎(chǔ)塌陷造成不均勻沉降和生物侵害等緣故，造成堤防存在多種缺陷，或稱為隱患。有的隱患存在于堤身內(nèi)，也有的存在于覆蓋層和淺層基礎(chǔ)內(nèi)。當(dāng)這些隱患進(jìn)展嚴(yán)峻時，遇高洪水位，堤防發(fā)生滲漏。通俗地講，歸

6、納起來，堤防的隱患有3類：（1）洞：蟻穴、鼠洞、爛樹根、塌陷產(chǎn)生的空洞以及淺層基礎(chǔ)內(nèi)細(xì)顆粒土被沖走形成的孔洞等；（2）縫：縱縫、橫縫、斜縫、隱蔽縫、開口縫等；（3）松：密實度低（孔隙率大）或填料為沙土等。堤防出險的表現(xiàn)形式 由于不同堤段存在的隱患類型不同，高洪水位時，堤防出險有多種表現(xiàn)形式。在此，本文列舉常見的幾種形式：（1）漫頂：當(dāng)洪水位高于堤頂時，發(fā)生漫頂。為防止漫頂發(fā)生，修建子堤擋水；（2）管涌：常發(fā)生在堤腳和基礎(chǔ)處，由于水流沖刷帶走細(xì)顆粒土，留下礫石形成滲漏通道，或在堤內(nèi)挖魚塘、種水稻等破壞了覆蓋層，使地下高壓水上冒，形成管涌。管涌較少發(fā)生在堤身處，有時生物洞穴造成堤身管涌。（3）散浸

7、：由于堤身為沙土，密實度小，滲透系數(shù)大，高洪水位時，堤身內(nèi)浸潤線抬高，水由堤內(nèi)坡滲出，形成散浸。（4）滑坡：有基礎(chǔ)的緣故，也有堤身的緣故?；A(chǔ)的細(xì)顆粒土被水沖走或黏土基礎(chǔ)經(jīng)水長期浸泡，強度減弱，承受不住堤身壓力，產(chǎn)生滑坡。堤身內(nèi)存在裂縫或經(jīng)水長期浸泡，內(nèi)摩擦力降低，也可能出現(xiàn)滑坡。（5）崩岸：形成崩岸的緣故復(fù)雜，因出險堤段不同而異，目前對崩岸緣故有不同解釋。洪水期，出現(xiàn)水下頂沖崩岸，有可能掏空堤基，十分危險。近年來，洪水退后，出現(xiàn)多處嚴(yán)峻崩岸，河灘后退，嚴(yán)峻威脅堤防安全。（6）裂縫：基礎(chǔ)不均勻沉降、滑坡等緣故使堤身產(chǎn)生裂縫。（7）塌陷：由于堤身存在大蟻穴等缺陷或基礎(chǔ)沉降形成塌陷。5 堤防隱患的

8、特點為了有效地探測堤身和堤基內(nèi)部缺陷，首先應(yīng)該了解堤防隱患的特點。如此，才能有的放矢地研究探測方法，研制開發(fā)有效的探測儀器。堤防隱患的特點歸納如下：（1）我國堤防長，隱患分布范圍廣，深淺不知，位置不定，在堤防表面難以發(fā)覺。（2）隱患種類多。堤身內(nèi)可能存在第3節(jié)所列多種形式缺陷?；A(chǔ)內(nèi)細(xì)顆粒土被沖走，形成滲漏通道；黏土基礎(chǔ)經(jīng)水長期浸泡強度降低。（3）與堤身的體積大小和埋深比較，缺陷的體積小，增加探測難度。（4）缺陷種類和性質(zhì)未知。（5）缺陷部位的物理特性與周圍的正常部位相差無幾。（6）缺陷部位的某些物理參數(shù)值小于周圍正常土體的物理參數(shù)值（如：電導(dǎo)率等），周圍正常土體的物理特性掩蓋了異常體，探測時

9、，形成放射醫(yī)學(xué)上稱謂的“陰性掃描”。與異常部位特征強的“陽性掃描”或勘探對象性質(zhì)與圍巖不同的物探比較，堤防隱患探測的困難大專門多。6 堤防隱患探測的特點上節(jié)所述堤防隱患的特點決定了探測工作的困難程度，對探測技術(shù)和探測儀器提出專門高要求：（1）靈敏度高，能探測到微弱信號。（2）分辨率高，能探測出體積小、埋深大的目標(biāo)。（3）速度快。由于堤防專門長且體積大，往往一段堤防需要探測幾個剖面，隱患普查的工作量專門大，探測速度快是專門重要的指標(biāo)。（4）重量輕，便于移動。（5）操作簡便，一般技術(shù)人員經(jīng)短期培訓(xùn)能獨立操作。（6）探測結(jié)果出圖快，圖像容易識不?，F(xiàn)有的堤防和大壩隱患探測儀器，大多借用物探儀器，不能滿

10、足堤防隱患探測需要。為了解決這一國家急需的技術(shù)難題，針對各種形式堤防滲漏和隱患的特點，專門有必要研制新的專用儀器。7 可用于隱患探測的堤防物理參數(shù)7.1 可利用的物理參數(shù) 在研究堤防隱患探測技術(shù)和研制探測儀器往常，首先應(yīng)當(dāng)研究考查由于存在缺陷，堤防的哪些物理量發(fā)生變化，并可利用這些變化了的物理量探測出隱患之所在。（1）電和電磁：堤防存在缺陷和發(fā)生滲漏時，筑堤材料和/或基礎(chǔ)的電導(dǎo)率（電阻率）發(fā)生較明顯變化，采納電法和電磁法可探測出電導(dǎo)率異常。（2）聲：堤防發(fā)生滲漏時，水流聲和水與土體摩擦聲，可用聲發(fā)射法檢測滲漏通道定位。（3）光：指可見光形成的圖像和人工探查。（4）熱：由于河水溫度低于堤身、堤內(nèi)

11、坡和堤內(nèi)地面的溫度，發(fā)生滲漏時，這些部位的溫度低于正常部位的溫度，采納直接測和氣紅外線成像技術(shù)可及時發(fā)覺滲漏部位。（5）振動波：堤防存在缺陷或發(fā)生滲漏時，其彈性模量和密實度等參數(shù)發(fā)生變化，彈性波在病變部位傳播時，波速、波形發(fā)生改變。表面波和淺層反射地震波均可利用。（6）水流：堤防存在滲漏通道時，利用放射性同位素示蹤劑查找滲漏路徑和滲漏入口，或者通過測量流場變化，探測滲漏入口。（7）磁：堤防存在孔洞缺陷時，局域磁力發(fā)生改變，利用磁力儀可測量這種變化。（8）重力：堤防存在較大缺陷時，密度減小，利用微重力儀可發(fā)覺缺陷部位。最后兩項是國外專家提出的方法，國內(nèi)尚未開展這方面工作。7.2 電法/電磁法的特

12、點在大多數(shù)情況下，當(dāng)?shù)谭来嬖陔[患和發(fā)生滲漏時，在諸多可利用于隱患和滲漏探測的物理參數(shù)中，其電導(dǎo)率（電阻率）變化最明顯，且易于探測。這是目前廣泛采納高密度電法和瞬變電磁法探測堤防隱患和滲漏的緣故。差不多被利用的電磁波頻率范圍及其對應(yīng)的探測方法如下：頻率直流102 Hz 103 Hz 104 Hz107 Hz 108 Hz探測方法高密度電法瞬變（時刻域）電磁法頻率域電磁法探地雷達(dá)7.3 阻礙堤防填料電導(dǎo)率的因素5 阻礙堤身填料和堤基電導(dǎo)率變化的因素十分復(fù)雜。將其分類，可歸納為土的因素和水的因素。（1）土的因素包括：土質(zhì)：土的組成成分，所含各種成分的比例，各種成分的電導(dǎo)率；各種成分填料的顆粒級配；填

13、料的密度（孔隙率）。（2）水的因素包括：水質(zhì)：水所含各種化學(xué)物質(zhì)及其比例決定了水的電導(dǎo)率；含水量：堤身和淺覆蓋層的含水量會發(fā)生變化，一般情況下，深覆蓋層和層基礎(chǔ)含飽和水；水的礦化度：水中化學(xué)物質(zhì)與土所含物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)以及土中部分物質(zhì)溶解于水，都會引起水的礦化度改變，從而，使電導(dǎo)率發(fā)生變化。 上述6種因素中的任意1種發(fā)生變化，都會阻礙堤防的電導(dǎo)率。反過來講，當(dāng)探測到堤防的某處存在電導(dǎo)率異常，可能是上述6種因素中的任意1種或多種發(fā)生變化引起的，因而，難以斷定確切的緣故。這確實是物探結(jié)果存在多解性的緣故。為解決這一理論上存在的難題，物探界常采納聯(lián)合物探的方法，即采納幾種物探方法進(jìn)行比測

14、，以提高探測結(jié)果解釋的準(zhǔn)確度。在進(jìn)行探測結(jié)果解釋時，了解探測現(xiàn)場情況和專家的經(jīng)驗也是十分重要的。8 探測儀器 依據(jù)工況和使用環(huán)境條件的不同，筆者將探測儀器分為兩類：堤防隱患探測儀器和堤防滲漏險情探測儀器。前者要緊用于枯水期堤防隱患探測，為堤防除險加固工程提供依據(jù)，此類儀器有的也可用于洪水期滲漏通道探測、定位；后者要緊用于洪水期堤防滲漏定位探測和險情探查，這類儀器只有在堤防有水條件下才能發(fā)揮作用。這些無損探測儀器大多數(shù)屬于物探儀器。現(xiàn)將國內(nèi)外差不多用于堤防滲漏隱患探測的儀器和有關(guān)的成熟技術(shù)簡介如下：8.1 枯水期堤防缺陷、隱患探測儀器：（1）瞬變電磁法（TEM）堤防滲漏探測儀2、3 瞬變電磁法又

15、稱為時刻域電磁法，在一個測站，利用不同時刻探測不同深度地層的電導(dǎo)率，當(dāng)某處電導(dǎo)率出現(xiàn)異常值，則認(rèn)為該處存在缺陷。該儀器由發(fā)射機、發(fā)射線圈、接收線圈、接收機和微機信號采集處理系統(tǒng)組成，沒有插入地下的部件，可由人工在堤頂迅速移動，也可安裝在車內(nèi)，進(jìn)行普查。瞬變電磁法屬于無損探測，具有高分辨率、高靈敏度、操作簡便和探測速度快等優(yōu)點。國內(nèi)有的儀器在一個測站工作時刻小于30s。沿堤軸的橫向位置分辨率為15m（可任意設(shè)置測站間距），深向分辨率為24Palacky7等人在加拿大 Burkina Faso地區(qū)進(jìn)行過瞬變電磁法與甚低頻電磁法（VLFEM）和直流電阻率法探測地下水對比試驗，試驗結(jié)果表明：在探測速度

16、、經(jīng)費和準(zhǔn)確度等指標(biāo)方面，瞬變電磁法優(yōu)于進(jìn)行對比的其它方法。瞬變電磁法儀器既可用于枯水期隱患探測，也可用于洪水期管涌通道定位探測。（2）高密度電法堤防滲漏探測儀 由傳統(tǒng)地電測量方法進(jìn)展而來。通過插入地下的AB兩個供電電極向地下供直流電，在地下一定范圍內(nèi)，形成一個電場。在AB兩個供電電極之間，插入若干測量電極。通過檢測測量電極之間的電壓，發(fā)覺地下電場的異常分布，從而，確定堤防的異常部位。依據(jù)電極的組合方法和不同的測量方法，高密度電法有3種測量方式：偶極偶極（雙偶極）方式、施倫貝爾熱方式和溫納爾方式。依照工程情況，可采納任意一種測量方式或幾種方式組合。高密度電法的分辨率與瞬變電磁法相仿，前者的探測

17、速度低于后者。（3）大地電導(dǎo)率儀（頻率域電磁法，F(xiàn)EM）5 大地電導(dǎo)率儀的儀器組成與瞬變電磁儀大致相同。由于電磁波在地層內(nèi)傳播時存在趨膚效應(yīng)，大地電導(dǎo)率儀利用改變探測頻率，探測不同深度地層的視在電導(dǎo)率，高頻探測淺地層，低頻探測深地層。大地電導(dǎo)率儀的分辨率低于瞬變電磁儀和高密度電法儀。然而，大地電導(dǎo)率儀可直接測量并顯示地層的電導(dǎo)率。探測速度高于高密度電法儀，與瞬變電磁儀相仿。在探測散浸隱患（低密實度區(qū)）、地下空洞和鐵磁物質(zhì)方面，該種儀器具有一定優(yōu)勢。（4）表面波裂縫探測儀 表面波又稱為瑞利波，是彈性波的一種。表面波的傳播特點是沿介質(zhì)的表面?zhèn)鞑?，高頻波傳入地下的深度小，低頻波傳入地下的深度大。利用

18、此特點，只要改變激震器的振動頻率，就可探測不同深度的地層?？衫玫谋砻娌▍?shù)有速度、波幅、波形和相位等多種參數(shù)，進(jìn)行綜合分析。表面波法測量其橫波重量在土中的傳播速度，與含水量無關(guān)。因而，可計算出土的密度。表面波法探測缺陷深向位置的準(zhǔn)確度高于電法和電磁法。其缺點是探測速度太慢。只能在確定某堤段有問題后，作詳細(xì)探查用。在某些專門堤段，如：海邊高含鹽量堤段和鋼筋混凝土建筑物等，電法和電磁法具有較大局限性，而表面波法具有獨特優(yōu)勢。（5）探地雷達(dá)51980年代初，發(fā)明首批探地雷達(dá)（GPR）是為了進(jìn)行高速公路路面和路基結(jié)合缺陷探測。而后，探地雷達(dá)逐漸向工程地質(zhì)勘探進(jìn)展。20世紀(jì)90年代，國內(nèi)幾個單位先后從

19、國外引進(jìn)探地雷達(dá)作為堤防隱患探測用，除個不單位在干旱的北方應(yīng)用較好外，在黃河、長江和北江流域應(yīng)用均不成功。探地雷達(dá)采納反射電磁波工作原理，一般探地雷達(dá)工作頻率在120MHz400MHz，信號動態(tài)范圍為160dB，探測深度較淺，應(yīng)用于黏土和南方含水量較大的堤防時，最大探測深度約為2m。因而，一般探地雷達(dá)不適合堤防隱患探測用。然而，探地雷達(dá)具有其它儀器不可替代的優(yōu)點，即探測速度專門快，達(dá)到每小時幾十公里的探測速度。利用探地雷達(dá)的這一特點，可進(jìn)行堤防隱患普查。為此，需要研制專用堤防隱患探測雷達(dá)。該雷達(dá)工作頻率應(yīng)在30MHz50MHz，信號動態(tài)范圍應(yīng)達(dá)200dB。降低工作頻率和提高信號動態(tài)范圍能夠增加

20、探測深度，因此，隨著頻率降低，儀器的分辨率有所下降。8.2 洪水期滲漏險情探測儀器： 此類儀器的共同特點是利用堤防滲漏水流的某個特性，進(jìn)行滲流通道探測、定位。由于滲漏水溫明顯低于堤內(nèi)地面、水塘、水田等處的溫度，因而，利用其溫差探測滲漏的儀器居多。（1）便攜式紅外成像滲漏探測儀使用該儀器能夠探測管涌和散浸。特不是在夜間，田野一片漆黑，人工查管涌十分困難，而紅外線探測儀能夠清晰探知管涌部位低水溫，并形成圖像保存。利用該儀器，只要兩人在堤頂上行走，就可探測出堤內(nèi)任何位置出現(xiàn)的管涌，完全改變落后的人工拉網(wǎng)式查管涌的被動落后局面。該儀器也可安裝在汽車內(nèi)，沿堤巡查，大大提高探測效率。（2）直升機載遙感成像

21、系統(tǒng) 該系統(tǒng)由3部分組成：機載成像系統(tǒng)、車載地面信號處理系統(tǒng)和指揮車。與衛(wèi)星成像系統(tǒng)比較，機載成像系統(tǒng)能夠獲得大比例尺圖像。直升機上，裝有紅外和可見光兩套成像系統(tǒng)，紅外成像系統(tǒng)在白天和夜間均可探查管涌和險情，可見光成像系統(tǒng)在白天可拍攝水情、災(zāi)情、防洪搶險等各種急需的圖像。以上各種圖像立即傳送到車載地面圖像處理系統(tǒng)，將圖像作必要的處理、存貯后，立即傳送給指揮車。在指揮車內(nèi)的防洪搶險指揮人員及時獲得前方各種圖像信息后，以最快速度指揮防洪搶險，贏得寶貴時刻，減少損失。假現(xiàn)在后再次發(fā)生和20世紀(jì)末我國的幾次大洪水一樣的情況，直升機載遙感成像系統(tǒng)將會發(fā)揮巨大作用。（3）滲漏水溫探測儀當(dāng)?shù)躺頋B透系數(shù)增加、

22、浸潤線升高，或出現(xiàn)淺層基礎(chǔ)滲漏時，在堤防內(nèi)坡（背水坡）堤腳地下和內(nèi)坡堤身內(nèi)溫度下降。利用這一滲漏溫差現(xiàn)象，可用溫度計探測滲漏部位。將半導(dǎo)體溫度計制成的專用傳感器插入不同堤段堤腳地下或內(nèi)坡堤身50100cm也可將若干溫度計聯(lián)接成自動監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)行重要險工險段滲漏監(jiān)測。在設(shè)計、施工這種系統(tǒng)時，系統(tǒng)各部件的布置和愛護(hù)，防止意外破壞，保證系統(tǒng)正常運行是十分重要的。（4）光纖測溫堤防滲漏監(jiān)測系統(tǒng)6與滲漏水溫探測儀原理相同。其不同點在于測溫敏感元件為測溫光纖。沿內(nèi)坡堤腳挖一條80100cm深的溝，將測溫光纖直接埋入地下，光纖的一端接入光端機，即可監(jiān)測各段光纖的溫度變化情況，從而推斷堤防是否出現(xiàn)滲漏。目前，

23、國外用于大壩滲漏監(jiān)測的光纖系統(tǒng)的一根光纖長度可達(dá)8km；位置分辨率為1m；溫度分辨率為0.20.5（5）鉆孔滲漏綜合探測技術(shù)一般情況下，洪水期不同意在堤防上鉆孔。然而，有時堤防出現(xiàn)滲漏時，為了封堵滲漏通道，需要在堤頂鉆孔灌漿。通常滲漏通道直徑較小，鉆孔專門難對準(zhǔn)滲漏通道位置。在這種情況下，利用已有鉆孔，使用放射性同位素示蹤技術(shù)或其它示蹤技術(shù)（如：鹽水等），在上游位置一排孔投放示蹤劑，在下游孔內(nèi)進(jìn)行放射性強度或電導(dǎo)率測量，能夠關(guān)心準(zhǔn)確定位滲漏通道。枯水期，采納示蹤法也可進(jìn)行含水基礎(chǔ)滲漏探測。在不同位置鉆孔里或同一鉆孔內(nèi)不同深度位置進(jìn)行水溫測量，也有助于滲漏通道定位。（6）水下地形儀在探測洪水期頂

24、沖崩岸水下地形、拋石護(hù)岸位置、護(hù)岸堆石形態(tài)和查找根石等情況時，均需要使用水下地形儀之類的儀器。目前，較為先進(jìn)的儀器是多波束儀，該儀器探測深度為5500m；分辨率為1.25cm；每只探頭上裝有101個壓電晶體，可發(fā)射相同數(shù)量超聲波束；水平波束寬度為1.5；水平探測范圍150；垂直波束寬度為水下探測儀器遇到的共同難題是如何保證在高含沙量水中正常工作。在洪水期，長江的含沙量約為7kg/m3，而黃河的含沙量有時竟高達(dá)300400 kg/m3（7）滲漏入口探測技術(shù)堤防滲漏入口的形狀是多種多樣的且在較深的水下，滲漏入口處水的流速可能較低，這種工況增加了探測難度。近年來，國內(nèi)已采納了下述滲漏入口探測技術(shù)：電

25、場式滲漏探測裝置。當(dāng)滲漏發(fā)生時，滲漏入水口處流場發(fā)生變化。通過測量電場的方法測量流場變化，從而，發(fā)覺滲漏入口。（8）放射性同位素吸附法在水中均勻撒布放射性同位素示蹤劑。在正常情況下，河床（湖底）吸附的放射性同位素濃度差不多相同。當(dāng)某處存在滲漏入口，較多的水流流入滲漏入口，入口處的土體比正常部位土體吸附較多的放射性同位素。當(dāng)探測出某處放射性較強時，就可推斷該處為滲漏入口。此方法在流淌的水中，需要太多的放射性同位素，價格昂貴，不適用。在相對靜止的水中，如：水庫，應(yīng)用效果顯著。（9）小流速儀將雙向小流速儀放在靠近水底部位，查險人員在堤頂上操作小流速儀沿水底掃描，當(dāng)發(fā)覺某處流速和流場出現(xiàn)異常時，懷疑該

26、處存在滲漏。9 現(xiàn)場應(yīng)用實例9.1堤防滲漏隱患探測1999年1月本單位在湖南省岳陽縣進(jìn)行了洞庭湖麻塘垸大堤和大毛家湖城防大堤進(jìn)行了枯水期滲漏隱患探測。探測采納本單位研制的SDC-2型堤壩滲漏探測儀和引進(jìn)的EM34-3型大地電導(dǎo)率儀進(jìn)行比測。在3座大堤上各選擇3段有代表性的堤段進(jìn)行探測，測線總長17.6km，探測深度為060m。探測時對堤身、堤腳、覆蓋層和基礎(chǔ)分層進(jìn)行探測。探測結(jié)果表明整個大毛家湖大堤電導(dǎo)率低，孔隙率大，高洪水位時會出現(xiàn)全面散浸，并有5處存在管涌隱患。7、8月洪水期上述隱患部位均已出險，驗證了枯水期滲漏隱患探測結(jié)果是正確的。為了對探測結(jié)果進(jìn)行對比驗證，測試堤段選擇在往常探測過的大

27、毛家湖大堤樁號0+4500+900段。探測深度為030m，探測結(jié)果繪于圖9.1。圖中顯示樁號大于0+800堤段直到0+900處電導(dǎo)率降低。通過1999年7、8月特大洪水，該段堤身和基礎(chǔ)遭到嚴(yán)峻損壞，最嚴(yán)峻處發(fā)生在樁號0+8500+870段。圖9.1 圖9.1 大毛家湖大堤樁號0+4500+900段SDC-3型堤壩滲漏探測儀探測結(jié)果探測工作結(jié)束后，將探測結(jié)果與1998年和1999年夏季洪水期堤防滲漏情況逐段進(jìn)行核對驗證。結(jié)果表明：堤防隱患和滲漏探測結(jié)果與兩年洪水期堤防滲漏情況完全符合。有關(guān)單位表示這兩次探測結(jié)果將用于指導(dǎo)今后堤防防洪加固工程。9.2 探地雷達(dá)檢測防滲心墻是否失效福建省某水庫自20

28、06年完成大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)后，發(fā)覺樁號0+167斷面壩下游坡面75平臺滲壓計水位高于90平臺滲壓計水位。水庫治理單位請有關(guān)單位采納物探方法檢測及專家論證，得出兩種不同意見：（1）心墻在高程81以上填料比較疏松，且防滲心墻后反濾層在高程81以上失效，造成壩體出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象；（2）下游坡面75平臺滲壓計高水位是由于大壩右岸異常繞壩滲流所致。為了進(jìn)一步分辨上述兩種意見哪種接近實際情況，水庫治理單位邀請本單位進(jìn)行復(fù)測。對心墻質(zhì)量檢測采納的儀器是特制的大功率探地雷達(dá)。檢測從壩頭開始，沿壩軸線進(jìn)行，測站間距為0.5m?，F(xiàn)將部分檢測結(jié)果例舉如下。圖9.2圖9.5為不同樁號壩段檢測結(jié)果圖。由這些圖能夠看到

29、壩體內(nèi)的細(xì)部結(jié)構(gòu)，在深度3.58m（高程101.597）范圍內(nèi)，樁號0+0370+040、樁號0+0610+066、樁號0+1150+122、樁號0+1940+197、樁號0+2070+209、樁號0+2150+219、樁號0+2610+268、樁號0+2700+274等區(qū)域內(nèi)圖形出現(xiàn)反相，表明這些區(qū)域內(nèi)的填料存在不均勻現(xiàn)象。如圖中紅虛線圈示范圍。在高程97以下，心墻沒有見到異常信號，表明心墻的完整性比較好，沒有出現(xiàn)疏松現(xiàn)象。圖圖9.3 探地雷達(dá)在壩頂0+0970+127檢測結(jié)果異常區(qū)異常區(qū)0-5.010.020.025.015.0深度（m）98104100100122樁號(m)圖9.2 探地

30、雷達(dá)在壩頂0+0370+067檢測結(jié)果異常區(qū)異常區(qū)0-5.010.020.025.015.0深度（m）3844505662樁號(m)圖圖9.4 探地雷達(dá)在壩頂0+1870+217檢測結(jié)果異常區(qū)異常區(qū)異常區(qū)0-5.010.020.025.015.0深度（m）188194200206212樁號(m)圖9.5 探地雷達(dá)在壩頂0+2470+277檢測結(jié)果異常區(qū)異常區(qū)0-5.010.020.025.015.0深度（m）248254260266272樁號(m)9.3 瞬變電磁儀檢測堆石圍堰防滲心墻質(zhì)量景洪水電站位于云南省瀾滄江下游河段，西雙版納傣族自治州境內(nèi)。景洪水電站樞紐工程有擋水建筑物、泄水建筑物、引

31、水建筑物、廠房及升壓變電設(shè)備、通航建筑物組成。攔河壩為碾壓混凝土重力壩，壩高110m，壩頂高程612m。正常蓄水位602m，總庫容11.39108二期圍堰在截流后，由山東水利工程總公司泰安灌漿公司在上下游圍堰進(jìn)行了高噴防滲墻施工。防滲墻施工完畢，基坑排水時發(fā)覺上、下游圍堰靠近堰腳處均存在集中滲漏點，滲漏量20002500m為了準(zhǔn)確探測定位圍堰的滲漏部位，利用瞬變電磁儀和大地電導(dǎo)率儀在下游圍堰堰頂進(jìn)行普查，在有異常的地點進(jìn)行詳查。在下游圍堰堰頂防滲墻的迎水面布置1條測線、壩軸線（防滲墻頂）1條測線、背水面布置1條測線，測線長150m(0+43.0250+193.025)圖9.6顯示沿下游圍堰軸線

32、和距下游圍堰軸線3m處平行于軸線的檢測結(jié)果?？v坐標(biāo)表示由堰頂計算的深度，橫坐標(biāo)表示由縱向圍堰左邊沿計算的樁號。圖A疊加了高噴防滲墻施工縱剖面圖，以便準(zhǔn)確確定滲漏部位的坐標(biāo)位置，為灌漿封堵提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。由圖A能夠看出在下游圍堰樁號0+0830+093、深度在4055m的高噴墻內(nèi)存在電阻率異常區(qū)，提示可能存在滲漏區(qū)。在樁號0+0930+103、深度在6070m高噴高噴墻圖9.6 景洪水電站下游圍堰滲漏檢測結(jié)果(A) 沿下游圍堰軸線檢測結(jié)果(B) 距下游圍堰軸線3m處平行于軸線的檢測結(jié)果為了驗證探測結(jié)果，并為封堵滲漏作預(yù)備。施工單位在下游圍堰防滲墻頂樁號0+830+113范圍內(nèi)鉆了5孔井，其中4口井

33、出水。驗證了探測結(jié)果的準(zhǔn)確性。該項工程圍堰堵漏施工從2005年7月開始，進(jìn)行了3個多月。按照作者探測結(jié)果布置鉆孔位置，共完成鉆孔及灌漿83個孔，其中上游圍堰27孔，下游圍堰56孔。所耗水泥3429.51t，其中純灌水泥總量3047.05t，灌路孔容總量179.75t，膨潤土總量656.63t。通過測試，上游圍堰滲水量在600700m3/h之間，比開灌前的滲水量降低了約60%；下游圍堰滲水量在1000m9.4 大地電導(dǎo)率儀檢測壩基斷裂帶為了給哈爾濱市提供第二供水源，需要上游對某水庫進(jìn)行除險加固工程。在進(jìn)行除險加固工程設(shè)計之前，該水庫治理單位邀請我院對大壩內(nèi)部隱患進(jìn)行全面檢測。該水庫在建壩初期對壩

34、基進(jìn)行過防滲處理，在樁號0217以右采納粘土截水槽結(jié)合固結(jié)與帷幕灌漿處理的 聯(lián)合防滲措施，在樁號0217以左采納截水槽防滲。水庫建成后，發(fā)覺一些滲漏問題：樁號0+164和0+184斷面上，下游測壓管水位高于上游測壓管水位；心墻與溢洪道左邊墻接觸部位出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象；基礎(chǔ)斷裂帶出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象等。采納大地電導(dǎo)率儀EM34-3在馬道上進(jìn)行壩后基礎(chǔ)滲漏探測。探測結(jié)果見圖9.7。在樁號0+1240+178和樁號0+2580+384范圍內(nèi)電導(dǎo)率值在正常范圍內(nèi)，沒有明顯滲漏現(xiàn)象。然而在樁號0+1780+258范圍內(nèi)7.5m測線和30m測線均出現(xiàn)嚴(yán)峻異常現(xiàn)象，講明該處存在斷裂帶，寬度約為80m。此前，在水庫竣工地質(zhì)

35、報告中，也講明在在截滲墻基礎(chǔ)處有一個80寬的斷裂帶。將兩處斷裂帶的樁號連接，就標(biāo)明了此斷裂帶的走向和范圍，基礎(chǔ)滲漏要緊發(fā)生在那個范圍內(nèi)的可能性最大。7.5m7.5m15m圖9.7 EM34-3型大地電導(dǎo)率儀在馬道的探測結(jié)果10 探討幾個問題（1）綜合物探。迄今，絕大多數(shù)堤防滲漏隱患探測方法均為物探方法。而每一種物探方法均是通過探測地層的一種物理參數(shù)存在的差異，發(fā)覺地質(zhì)異常。探測結(jié)果存在多解性。采納幾種方法進(jìn)行綜合物探，例如，采納探地雷達(dá)進(jìn)行快速普查，劃定異常區(qū)，再用瞬變電磁法或高密度電法或表面波法進(jìn)行詳查。幾種儀器組合進(jìn)行比測，不但能夠提高探測的準(zhǔn)確性，而且能夠加快探測速度。（2）物探與鉆孔取

36、樣相結(jié)合。物探方法屬于無損探傷范圍（NDT），其結(jié)果往往不能直接判定異常的屬性。特不是將其應(yīng)用于堤防時，由于堤防結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，增加了探測結(jié)果解釋的困難程度。筆者建議，在需要出險加固的堤段，首先采納物探方法進(jìn)行隱患普查，找出異常區(qū)。然后，鉆孔取樣，確定隱患性質(zhì)，并進(jìn)行堤防穩(wěn)定性評估，設(shè)計加固方案。如此，既加快了隱患探測速度，又大大減少了鉆孔取樣數(shù)量及費用。（3）加強儀器軟件研究。我國用于堤防隱患探測儀器的應(yīng)用軟件，特不是數(shù)據(jù)處理和圖形軟件，與國外比較，落后較多，圖形質(zhì)量較差，探測數(shù)據(jù)往往需要專門技術(shù)人員解釋才能得出正確結(jié)果。加強儀器軟件研究，特不是抗干擾軟件和圖形軟件研究，能夠提高系統(tǒng)分辨率，獲

37、得清晰醒目的圖像，便于操作，加快探測和后處理速度。目前，我國電法探測堤防滲漏隱患只測電阻率，國外已開展堤防填筑材料介電常數(shù)檢測研究。將檢測電阻率和介電常數(shù)（阻抗的實部與虛部）同時進(jìn)行，可望提高分辨率。（4）物探結(jié)果與堤防土工參數(shù)的相關(guān)關(guān)系。目前，我國尚未開展此項研究。在篩選出幾種有效的堤防隱患探測方法后，下一步工作重點是轉(zhuǎn)向推廣應(yīng)用。由于物探結(jié)果的多解性和堤防結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，往往同一臺物探儀器在不同堤段的探測結(jié)果需要不同的解釋方法，非通過專門培訓(xùn)的人員難以掌握。這就極大地限制了儀器的推廣應(yīng)用。另一方面，堤防的設(shè)計施工、出險加固、穩(wěn)定性評估等均采納土工參數(shù)，不能直接應(yīng)用物探結(jié)果作為依據(jù)。為了使物探

38、儀器能在不同土質(zhì)和結(jié)構(gòu)的堤防上推廣應(yīng)用，并能將其探測結(jié)果做出與堤防土工參數(shù)有關(guān)的解釋，應(yīng)當(dāng)在國內(nèi)開展建立物探結(jié)果與堤防（堤身和基礎(chǔ)）土工參數(shù)相關(guān)關(guān)系研究，包括重點堤段的詳細(xì)地質(zhì)資料勘探調(diào)查研究。這是一項龐大的具有重要意義的基礎(chǔ)性研究工作，關(guān)于堤防的除險加固設(shè)計施工和堤防隱患探測技術(shù)的進(jìn)展均具有重要意義。11 小結(jié) 我國堤防長度長，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隱患多且分布范圍廣。因而，堤防隱患探測的難度特不大。我國堤防隱患探測技術(shù)從20世紀(jì)90年代開始研究。特不是，1998年8月大水后，引起各方面重視，堤防隱患探測技術(shù)有了長足進(jìn)展，采納多種技術(shù)，并研制了專用儀器，在大江大河大湖堤防上進(jìn)行應(yīng)用研究，有的已達(dá)到有用時

39、期。然而，已采納的探測技術(shù)大多是將物探技術(shù)移植應(yīng)用到堤防隱患探測，在應(yīng)用理論、探測技術(shù)和儀器研制等各方面，還有大量問題需要研究，以達(dá)到推廣應(yīng)用的目的。參考資料1、房純綱等.土壩滲漏探測方法綜述.中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報，1999年，第3卷，第1期，第107-115頁。2、Kaufman A. A. and Keller G. V., Frequency and Transient Soundings, 1983, Elsevier Science publishers.3、房純綱 、魯英、柯志泉.瞬變電磁法探測堤防滲漏.全國堤防加固技術(shù)研討會論文集，第285293頁，1999年12月1418

40、日，江西省南昌市。4、房純綱、葛懷光、賈永梅.采納大地電導(dǎo)率儀探測堤防滲漏. 全國堤防加固技術(shù)研討會論文集，第302-308頁，1999年12月1418日，江西省南昌市。5、房純綱、賈永梅、周曉文、吳昌瑜，堤防電導(dǎo)率與土性參數(shù)的相關(guān)關(guān)系研究，水利學(xué)報，2003年第6期，第119123頁。6、李大心，地質(zhì)雷達(dá)方法與應(yīng)用，北京，地質(zhì)出版社，1994。7、Palacky G. J. et al:“Electromagnetic Prospecting for groundwater in Precambrian terrain in the Republic of Upper Volta作者簡介：房

41、純綱，教授級高工，男，1939年3月出生，1962年畢業(yè)于蘭州大學(xué)物理系無線電物理專業(yè)。原任中國水利水電科學(xué)研究院儀器研究所所長。在美國密執(zhí)安州立大學(xué)電機工程和計算機工程系進(jìn)行超聲衰減斷層成像等研究，歷時3年半。從事水利水電量測技術(shù)與儀器研究30余年。是國家“七五”、“八五”和“九五”攻關(guān)項目和多項部重點科技項目負(fù)責(zé)人及要緊研究人員。1990年因出色完成國家攻關(guān)項目“壓實計的研制及其工程應(yīng)用研究”，獲國家科技進(jìn)步二等獎（第1名）。1991年獲國務(wù)院頒發(fā)有突出貢獻(xiàn)專家專門津貼。1989年開始研究瞬變電磁測深技術(shù)探測土壩滲漏。1995年完成“土壩滲流通道及地下水探測新技術(shù)的研究”，并研制成功SDC-1型瞬變電磁測深系統(tǒng)。1998年起研究瞬變電磁法在堤防隱患探測中的應(yīng)用。在國內(nèi)外發(fā)表論文20余篇。獲中國專利局發(fā)明專利1項，有用新型專利2項。通訊地址:北京 復(fù)興路甲1號。郵政編碼:100038。電話:(010)68781727。Inquiring into Detecting and Positioning ofHidden Leakage Faults of Da