水库大坝混凝土防渗墙渗漏的连通试验方法

技术领域

本申请涉及水库渗漏探测技术领域，特别是一种水库大坝混凝土防渗墙渗漏的连通试验方法。

背景技术

20世纪50年代，混凝土防渗墙施工技术与工艺起源于意大利，并在一些国家得到广泛运用。因其结构可靠、防渗效果好、耐久性好、糙率小、强度高、适用于各类地层条件等优点，于上世纪50年代引入我国以后得到了快速的发展，到上世纪80年代在我国水利水电工程中就建成了近百道混凝土防渗墙，但由于混凝土防渗墙施工过程复杂，混凝土防渗墙施工工艺、技术标准要求均较高，施工后需要进行检测，以避免混凝土浇筑墙体中存在不密实、离析、夹泥等质量缺陷，尤其是高寒山区，由于四季和昼夜温差较大，施工质量更加难以控制。

在水库蓄水后，由于坝前、坝后的水头压力差较大，在防渗墙缺陷区域易形成渗漏，不仅影响水库的正常运行，还威胁水库下游人民的生命财产安全。因此，快速、准确的防渗墙的渗漏原因、性质及部位，为堵漏处理提供指导尤为重要。

目前的混凝土防渗墙渗漏缺陷的检测方法主要有直接法、间接法和资料分析法：

(1)直接法：主要是在防渗墙上直接钻孔，通过评价芯样质量、钻孔压水试验、土工试验、渗透试验、综合地球物理测井等成果来综合判定防渗墙的渗漏情况，该方法最为直接、准确，但由于防渗墙厚度一般小于1m。钻孔施工难度极大，要求钻孔孔斜精度极高，稍有不慎，不但达不到查清渗漏缺陷的目的，还可能打穿防渗墙，尤其钻孔倾向库区时，该方法采样时，还容易造成新的渗漏区，施工风险太大，不适合普遍开展；

(2)间接法：主要采用地面物探检测方法对防渗墙渗漏缺陷位置进行检测，包括：地震映像、瞬态面波法、高密度电法和瞬变电磁法等，但这些方法只能在地表开展，其探测精度低、探测深度有限，很难准确探明地下深处渗漏缺陷的具体位置；

(3)资料分析法：主要通过观察坝后渗水点的位置、渗水量及与库水位变化关系、施工中存在的薄弱环节，结合工程经验来分析防渗墙的渗漏原因、性质及渗漏部位，该方法缺乏数据资料支撑，与工程师经验丰富程度有关，仅能进行定性判断，无法准确把控渗漏的部位和规模。

发明内容

本申请针对上述各方法存在的技术问题，提供了一种水库大坝混凝土防渗墙渗漏的连通试验方法，该方法操作简单、探测结果准确、探测结果快速反馈。

本申请提供了一种水库大坝混凝土防渗墙渗漏的连通试验方法，包括以下步骤：

步骤S1：探测前准备：获取水库大坝渗漏资料：水库大坝的地层岩性、地质构造分布情况、水文地质资料、工程设计和施工情况资料；

步骤S2：初判：根据水库大坝渗漏资料初步判定防渗墙渗漏部位；

步骤S3：钻孔：在防渗墙渗漏部位的上、下游岸边分别选取钻孔位置后分别开设下游孔、上游孔，采用综合地球物理测井仪测定各孔内的水体电阻率和自然电位本底值作为初始观测值；

步骤S4：示踪剂投放：将示踪剂分装于多个透水袋内，各透水袋间隔0.5m～1.0m绑扎于绳索上，放置于上游孔内，所用示踪剂为食盐；

步骤S5：孔内观测：在下游孔内观测示踪剂溢出时，测试该孔内的实时水体电阻率和自然电位，

测试方法：探头从孔水位以下开始测试直至探头沉至孔底，为完成1次测试，记录孔内实时的水体电阻率和自然电位值，探头下放或提升速度控制在3m～5m/min之间，任两次测试操作之间的时间间隔为15～30分钟；

步骤S6：渗漏缺陷判定：每次测试时均判断该孔内水体电阻率和自然电位是否均发生陡降，如果判断结果为否，则返回步骤S5；

如果判断结果为是，则停止检测，并绘制孔深-时间-水体电阻率变化关系曲线图以及孔深-时间-自然电位变化关系曲线图，根据数值陡降对应孔深位置确定防渗墙的渗漏深度。

优选地，上游孔和下游孔的孔径均为75mm以上，孔深不小于防渗墙底界埋深。

优选地，在步骤S4中根据水库渗漏量估算示踪剂的投入量。

优选地，示踪剂的投入量为20kg～50kg。

优选地，下游孔开设至少1个；步骤S5中开设多个下游孔时，对各孔分别进行步骤S5操作。

优选地，在步骤S5中每次测试时均记录观测位置、观测时间、孔内水体电阻率和自然电位值。

优选地，所用综合地球物理测井仪包括：主机、探头、电源；主机、电源供电连接并设置于上、下游孔附近的地面上；

探头与主机电连接；靠近孔口的地面上设置滑轮；探头与主机电连接的线缆缠绕设置于滑轮上，以控制探头在孔内的上升、下降速度。

本申请能产生的有益效果包括：

1)本申请所提供的水库大坝混凝土防渗墙渗漏的连通试验方法，操作简单、成果准确、无需在防渗墙上直接钻孔取样，有效保护防渗墙，避免造成新缺陷，同时也降低了施工难度，节约了工程投资，具有良好的社会效益和经济效益。

2)本申请所提供的水库大坝混凝土防渗墙渗漏的连通试验方法，通过观测食盐溢出时水体电阻率和自然电位的变化时间和位置，避免了采用色素示踪时，因岩土体的吸附作用，导致色素被吸附，无法观测的问题。

3)本申请所提供的水库大坝混凝土防渗墙渗漏的连通试验方法，通过在防渗墙上下游布置钻孔，在上游钻孔中投入示踪剂，以水作为载体，以食盐为示踪剂，在下游钻孔中采用综合地球物理测井仪观测水体电阻率和自然电位的变化情况，无需在防渗墙上钻孔，避免了在防渗墙上直接钻孔给墙体造成新的破坏，同时也降低了钻孔施工难度，间接地节约了工程投资，具有良好的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明提供的水库大坝混凝土防渗墙渗漏的连通试验方法流程示意图。

图2是本发明实施案例连通试验钻孔布置示意图。

图3是本发明实施案例上游孔示踪剂投放示意图。

图4是本发明实施案例下游孔内综合地球物理测井仪器观测示意图。

图5是本发明实施案例下游孔内水体电阻观测成果图。

图6是本发明实施案例下游孔内水体自然电位观测成果图。

图例说明：

1、主机；4、探头；2-电源；3、滑轮。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

本申请中未详述的且并不用于解决本申请技术问题的技术手段，均按本领域公知常识进行设置，且多种公知常识设置方式均可实现。

参见图1，本申请提供的水库大坝混凝土防渗墙渗漏的连通试验方法，包括以下步骤：

步骤S1：探测前准备：获取水库大坝渗漏资料：水库大坝的地层岩性、地质构造分布情况、水文地质资料、工程设计和施工情况资料；

步骤S2：初判：根据水库大坝渗漏资料初步判定防渗墙渗漏部位；

步骤S3：钻孔：在防渗墙渗漏部位的上、下游岸边分别选取钻孔位置后分别开设下游孔、上游孔，采用综合地球物理测井仪测定各孔内的水体电阻率和自然电位本底值作为初始观测值；

步骤S4：示踪剂投放：将示踪剂分装于多个透水袋内，各透水袋间隔0.5m～1.0m绑扎于绳索上，放置于上游孔内，所用示踪剂为食盐；

步骤S5：孔内观测：在下游孔内观测示踪剂溢出时，测试该孔内的实时水体电阻率和自然电位，

测试方法：探头4从孔水位以下开始测试直至探头4沉至孔底，为完成1次测试，记录孔内实时的水体电阻率和自然电位值，探头4下放或提升速度控制在3m～5m/min之间，任两次测试操作之间的时间间隔为15～30分钟；

步骤S6：渗漏缺陷判定：每次测试时均判断该孔内水体电阻率和自然电位是否均发生陡降，如果判断结果为否，则返回步骤S5；

如果判断结果为是，则停止检测，并绘制孔深-时间-水体电阻率变化关系曲线图以及孔深-时间-自然电位变化关系曲线图，根据数值陡降对应孔深位置确定防渗墙的渗漏深度。

按此方法投放示踪剂，能有效提高上游孔不同深度内食盐浓度均匀性，有效提高检查结果的准确性，避免由于实验在孔内分布不均匀导致测量误差的产生。

通过该方法测试下游孔内水体电阻率和自然电位，能准确测量下游孔内各深度的数值变化，避免漏检导致误差，能有效提高检查结果的准确性。

根据步骤S6所得结果，在孔深-时间-水体电阻率变化关系曲线图和孔深-时间-自然电位变化关系曲线图中低电阻率和低自然电位异常孔段确定为发生渗漏的深度范围，渗漏区域的平面范围主要是根据多个孔的测试结果进行圈定；渗漏量的估算则根据上游示踪剂投放孔和下游观测孔间的距离除以低电阻率和低自然电位发生陡降的时间，计算渗漏水体流速，在将计算所得渗漏水体流速乘以渗漏范围(面积)即可得出估算渗漏量。

优选地，上游孔和下游孔的孔径均为75mm以上，孔深不小于防渗墙底界埋深。按此设置钻孔，能有效提高测试结果的准确性，避免漏检情况的发生。

若防渗墙下游布置有长期水位观测孔，为节约测试成本，可将其作为连通试验观测孔使用。

优选地，在步骤S4中根据水库渗漏量估算示踪剂的投入量，更优选地，示踪剂的投入量为20kg～50kg。按此投入，能避免浓度过高导致检测误差。

优选地，孔内测试所用仪器为综合地球物理测井仪。

优选地，在步骤S5中每次测试时均记录观测位置、观测时间、孔内水体电阻率和自然电位值。便于根据需要对所得数据进行回溯，准确完成数据核对，避免误漏。

优选地，下游孔开设至少1个；步骤S5中开设多个下游孔时，对各孔分别进行步骤S5操作。开设多个下游孔，能有效提高测试结果准确性，避免单独孔造成的测试误差。

优选地，综合地球物理测井仪包括：主机1、探头4、电源2；主机1、电源2供电连接并设置于上、下游孔附近的地面上；

探头4与主机1电连接；靠近孔口的地面上设置滑轮3；探头4与主机1电连接的线缆缠绕设置于滑轮3上，以控制探头4在孔内的上升、下降速度。

可通过将滑轮3的转轴与驱动电机驱动连接，实现对探头4下降、提升速度的可靠控制。有效提高测试结果的准确性和灵敏性。

优选地，透水袋为的布袋或丝袜。

实施例

参见图1～6，本发明的一个实施例是对某水电站右坝肩防渗墙进行连通试验检测防渗的渗漏情况，该水电站拦河坝由建在河床覆盖层上的混凝土闸坝和两岸混凝土重力坝段组成，最大坝高为30m。在右岸下游岸坡发现一个渗漏出水点，渗水量约50L/s，初步分析是右岸坝肩部位防渗墙缺陷所致的渗漏。

本水库大坝防渗墙渗漏探测的方法是采用连通试验，其步骤是：首先初步判断渗漏位置；其次是在初步判定的渗漏位置上下游布置钻孔，通过连通试验确定防渗墙的渗漏范围、规模。其操作流程如图1，包括步骤：

步骤S1和S2.探测前准备及渗漏位置初判：通过资料查阅、现场调查了解水库大坝渗漏的情况，包括渗漏出水点的位置、渗漏量、渗漏量与库水位之间的变化关系、库区及坝区地层岩性、地质构造分布情况、水文地质资料、工程设计和大坝监测等资料，初步判断渗漏缺陷位置；

步骤S3.钻孔布置：在S2中所述的初判的渗漏区域防渗墙上下游布置了3个钻孔ZK1～ZK3，孔径为75mm，孔深为35m，其中ZK2位于上游，作为示踪剂投放孔，ZK1和ZK3位于下游，作为观测孔，如图2所示。

步骤S4.示踪剂投放：在步骤S3得到钻孔ZK2中投入50kg食用盐，作为示踪剂，在示踪剂投入前，需ZK1～ZK3孔内水体电阻率和自然电位本底值进行测试，作为初始观测值；

投入示踪剂时需要采用透水性较好的布袋(或丝袜)，对示踪剂进行分装，采用绳索将分装好的示踪剂按照0.5m～1.0m的间距绑扎牢实，放置于ZK2钻孔内，直至示踪剂布满全孔，如图3所示。

步骤S5.孔内观测：在渗漏部位下游孔内观测示踪剂溢出时孔内水体电阻率和自然电位相对初始观测值的变化情况，观测设备可采用上海地质仪器厂生产的JHQ-2D型综合测井仪或其它型号的综合地球物理测井仪。

测试时，先将主机1和探头4连接，将探头4放置到地下水位以下，打开主机1随即开始测试，探头4从孔水位以下开始测试，直至孔底，就完成了1次测试，需记录观测位置、观测时间、孔内水体电阻率和自然电位值，探头4下放或提升速度控制在4m/min之间，测试过程中应实时观测孔内水体电阻率和自然电位的变化情况，以观测15分钟间隔进行数次观测，直到观测孔内水体电阻率和自然电位发生陡降后，再进行3次观测方可结束试验工作。现场工作如图4所示。

所用测试装置设置于地面上，探头4与主机1电连接，主机1由发电机供电；靠近孔口的地面上设置滑轮3，以控制探头4在孔内的下降速度。可通过将滑轮3的转轴与驱动电机驱动连接，实现对探头4下降、提升速度的可靠控制。有效提高测试结果的准确性和灵敏性。

步骤S6渗漏缺陷判定：将S5中的观测成果分别绘制孔深-时间-水体电阻率变化关系曲线(图5)和孔深-时间-自然电位变化关系曲线(图6)。从图5和图6可以看出，在上游钻孔内投入食盐90分钟后，在孔深18m～28m段，水体电阻率和自然电位曲线出现了陡降的情况：说明此时食盐已经从上游孔通过渗漏点到达下游孔位置，上游ZK2钻孔水体和下游观测孔之间存在连通关系，通过两种参数综合分析，最终确定在18m～28m深度段为防渗墙渗漏位置。

由此，通过在防渗墙上下游布置钻孔，在上游钻孔中投入示踪剂，

以水作为载体，以食盐为示踪剂，在下游钻孔中采用综合地球物理测井仪观测水体电阻率和自然电位的变化情况，最终确定了示踪剂溢出位置、溢出时间等信息来综合判定防渗墙的渗漏部位及渗漏强弱，具有操作简单、检测成果准确的特点。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。