水库大坝渗漏常用探测技术及工程应用

水库大坝渗漏常用探测技术及工程应用

叶琪伦

新疆昌源水务准东供水有限公司，新疆 昌吉 831100

摘要：有效、准确地探测渗漏病害是评价大坝渗漏安全和进行加固处理的重要前提，但由于水库大坝建筑物规模大、范围广，渗漏病害的渗漏点分散，渗漏病害具有较强的复杂性与隐蔽性，其探测一直以来都是大坝安全领域的一项技术难题。

关键词：水库大坝；渗漏问题；探测技术；措施分析

1水库大坝渗漏探测技术现状

1.1电磁法类

电磁法类主要包括自然电场法、高密度电阻率法、瞬变电磁法、大地电磁法、探地雷达法、电磁波CT法等。此类方法通过测量岩土材料本身电磁特性及其在天然或人工激发电磁信号作用下响应来探测坝体内部缺陷情况，若坝体内存在集中渗漏通道时会呈现明显电磁信号异常。由于电磁信号在岩土地质体中衰减速率较快，电磁法类有效探测距离较短，且电磁信号易受外界环境及地层本身非均匀性干扰，探测精度常受到限制。

1.2弹性波法类

弹性波法类主要包括地震折射波法、瑞雷波法、弹性波CT法、声呐法等。此类方法利用人工激发的地震波、瑞雷波、声波等弹性波在被测介质中的不同传播速度及反射、折射、透射等原理对介质内部的缺陷进行检测。如声呐法利用声波在水中的优异传导特性，基于多普勒原理实现对水库库底流速场的检测，以定位入渗点。近年声呐法在闸坝、面板坝及沥青心墙坝等坝型渗漏检测中得到了成功应用，但此类方法多采用二维断面检测，需要布置大量断面才能显示整体检测结果。

1.3示踪法类

示踪法类主要包括同位素示踪法、连通性试验、水化学分析等。此类方法通过在大坝上游或渗漏入口投入同位素示踪剂、荧光素、食品级颜料或其他对环境无毒害的颜料示踪剂，调查渗漏入口的水化学成分（如氯离子、硫酸根离子、重碳酸根离子，钙、镁、钾、钠等离子），并在大坝下游渗漏出口进行监测，以判断水流的连通性及渗漏通道的存在。此类方法一般作为渗漏探测的辅助验证手段，无法确定渗漏通道在大坝内部的分布情况。

1.4视频法类

视频法类主要包括潜水员视频检查、彩色电视视频检查、水下机器人（ROV）探测、水下喷墨摄像、钻孔彩色电视成像技术等。通过近距离视频摄像等方式可以直观检查水下部位等隐蔽性较强的渗漏病害，随着水下无人技术、视频成像技术的不断发展，ROV视频检查、水下喷墨摄像、钻孔彩色电视成像技术在水库大坝渗漏探测中应用越来越广泛。由于水库大坝规模庞大、水库环境复杂，视频检查也存在检测工作量大、效率低、水下复杂环境难以覆盖等不足。

1.5其他类

除上述方法外，也有一些其他方法可用于水库大坝渗漏探测，如流场法、温度场法等。流场法测定“伪随机”电流场与渗漏水流场时空分布形态之间的拟合关系，来判断渗漏入口；温度场法是在获得渗漏通道上各测点温度的情况下，运用反分析法研判温度异常确定渗漏通道的具体位置。但此类方法应用于水库大坝渗漏探测中时，需假设具备一条或者多条集中的渗漏通道，边界条件太过理想化，实际工程应用中并不多见。

2渗漏探测技术工程应用

2.1土质防渗体土石坝渗漏

土质防渗体土石坝要依靠坝内土料防渗，渗漏通道分布较广，也较为隐蔽。一般可先进行现场查勘、监测资料分析等，初步判定渗漏类型。针对其渗漏流速慢、隐蔽性强的特点，可采取物探方法进行渗漏区域及渗漏流向的检测，常用的检测方法包括电磁法（如自然电场法、高密度电阻率法、探地雷达法、大地电磁法、瞬变电磁法）和流场法等。

2.2混凝土坝渗漏

相比土石坝而言，混凝土坝的坝面形状较为规整，坝面相对较陡，为渗漏检测带来便利。对混凝土坝渗漏通道可采用示踪技术、电磁法、声发射、地质雷达、核磁共振及温度场法等进行检查；对水面以下的裂缝渗漏或变形缝渗漏调查可采用潜水员、水下机器人视频检查与喷墨示踪检查相结合的方式进行。

2.3沥青混凝土心墙坝渗漏

沥青混凝土心墙坝的渗漏多为非集中的点状渗漏，渗漏入口分散，目前并没有单一、有效、可靠的检测方法和技术。由于沥青混凝土心墙坝坝体内部堆石料、沥青混凝土心墙、混凝土基座和坝基等多重介质物理力学特性差异较大，瞬变电磁法、高密度电法等物探手段分辨率较低，应用效果不佳。针对设置在坝体内部的沥青混凝土心墙渗漏，一般可在心墙上下游侧布置钻探孔，以水体为媒介，采用水下声呐、钻孔彩色电视、示踪法、连通性试验、坝体内水位分析等多种方法进行渗漏探测。

2.4混凝土面板堆石坝渗漏

混凝土面板堆石坝渗漏多因面板缺陷特别是周边缝止水破坏失效所致。由于多数水库无法放空，且由于面板坝上游坝脚表面一般布置土料盖重区，一旦盖重底部面板发生破坏，给面板坝的渗漏检测带来较大困难。面板、接缝止水破损等引起渗漏易在坝体内部形成较为明显的渗漏通道，一般可采用潜水员水下摄像、ROV检查、水下高清示踪摄像等方法进行直观检测，准确确定渗漏通道；对于一些渗漏入口较为隐蔽、渗漏点较为分散的情况，可采用水下声呐渗漏探测、流场法等手段进行检测。

2.5坝基及坝肩渗漏

坝基及坝肩渗漏主要沿地质构造中薄弱带发生，包括覆盖层、坡积层、强风化岩体、岩石断层裂隙或结构面以及岩溶等。坝基及坝肩渗漏的勘察，可以采用钻探、孔内电视、土工试验及现场注（压）水试验、连通性试验、同位素示踪法及电磁法、弹性波法等物探方法等。如某水库采用高密度电法、地质雷达和浅层地震反射等3种物探手段进行勘探，并辅以地质钻探验证，查明坝基岩石断裂破碎带及岩溶产生的空洞是主要渗漏通道。

3渗漏探测技术发展趋势

3.1需发展综合性探测技术，融合多源信息进行渗漏诊断

采用单一探测方法往往不能全面反映大坝渗漏情况，且探测成果得不到验证，准确率不高。在实际工程应用中，常需要采用多种可行的方法进行检测与印证，对检测结果进行综合分析和综合评价。一些学者提出了采用两种或多种物探手段的综合物探方法，进行大坝渗漏检测。但除物探方法外，渗流监测资料分析、数值反演分析等多种手段均可以应用到渗漏探测中。应综合利用不同分析方法及检测手段的优势，发展融合多源信息的综合探测技术。

3.2渗漏病害的可视化探测方法需要深入研究

目前大坝渗漏无损检测主要针对上游坝面渗漏入口检测，对内部通道和对坝体内部结构的影响只能通过钻孔等破坏性检查。可进一步研发声呐扫描成像、超声成像等成果可视化的探测方法，提高成果解译的直观性，以准确探知大坝建筑物渗漏通道的位置。

3.3测量精准化是今后渗漏探测技术发展的重要趋势

现有物探检测数据繁杂、解译精度低，难以准确定位渗漏位置。研究在高山峡谷地区的水库水域范围内入渗点的精准定位探测技术，对于渗漏处理及加固具有重要意义。

4结语

综上所述，渗漏病害的有效、准确探测是评价大坝渗漏安全和进行加固处理的重要前提。大坝防渗是水利水电工程设计和施工中最重要的关注点之一，但由于各方面原因，渗漏一直以来都是水库大坝最常见的病害。大坝渗漏不仅影响水库发电、供水、灌溉等工程效益的正常发挥，严重者甚至直接威胁工程的防洪安全，造成溃坝风险。渗漏问题是影响大坝整体安全的重要因素，深入研究大坝渗漏的探测技术、评价方法及其处理对策，总结工程经验，对于保障我国水库大坝的安全运行具有重大的现实意义。

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