綜合物探檢測方法在重力壩建基面檢測中的應用

朱正君 黃曉應 許振奎

綜合物探檢測方法在重力壩建基面檢測中的應用

朱正君 黃曉應 許振奎

（四川中水成勘院工程勘察公司 四川成都 610072）

重力壩是主要依靠壩體自重所產生的抗滑力來滿足穩定性要求的擋水建筑物。由混凝土或漿砌石修筑的大體積檔水建筑物，一般修建在基巖上。大壩建基面巖體性狀與大壩穩定性、壩基應力及變形控制密切相關，所以正確判定大壩建基面巖體質量等級，界定巖體爆破松弛范圍和隱伏地質缺陷影響帶、抗壓強度和彈性模量，對于保證大壩質量、安全是至關重要的。針對重力壩對地質地形條件的要求，應用綜合物探檢測方法能夠切實、高效、科學地輔助解決上述問題。

綜合物探檢測 重力壩建基面 應用

1 引言

人類筑壩的歷史已近5000年，重力壩是出現最早的一種壩型。其結構簡單、工作可靠，至今仍是一種被廣泛采用的壩型。重力壩是主要依靠壩體自重所產生的抗滑力來滿足穩定性要求的擋水建筑物。由混凝土或漿砌石修筑的大體積擋水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整體由若干壩段組成，一般修建在基巖上。重力壩對地質地形條件的要求主要有：（1）具有足夠的抗滑能力，滿足抗滑穩定的要求；（2）壩基應有足夠的抗壓強度和與壩體混凝土相適應的彈性模量，有較好的均勻性和完整性；（3）壩基、壩肩應具有良好的抗滲性；（4）兩岸山體必須穩定，沒有難處理的滑坡體和和潛在的不穩定滑移體。大壩建基面巖體性狀與大壩穩定性、壩基應力及變形控制密切相關。因此，正確判定大壩建基面巖體質量等級，界定巖體爆破松弛范圍和隱伏地質缺陷影響帶、抗壓強度和彈性模量，對于保證大壩質量、安全是至關重要的。

針對重力壩對地質地形條件的要求，應用綜合物探檢測方法能夠切實、高效、科學地輔助解決上述問題。本文以官地水電站為例介紹綜合物探檢測方法在重力壩建基面檢測中的應用及其成果。

2 工程概況

官地水電站位于四川省涼山彝族自治州西昌市和鹽源縣交界的打羅村境內，系雅礱江卡拉至江河口河段水電規劃五級開發方式的第3個梯級電站，電站裝機容量2400MW。樞紐區屬高山峽谷地形，河谷呈基本對稱的“V”型，臨江坡高大于700m，谷坡較陡峻。壩址區出露地層主要為二疊系上統玄武巖組下段第五層第二小層（P2β 15-2），中-厚層狀角礫集塊熔巖，灰綠色，堅硬、角礫集塊結構，塊狀構造。壩基巖性較均一，巖質堅硬，巖體較完整。水電站樞紐主要由攔河碾壓混凝土重力壩、泄洪消能建筑物、引水發電建筑物等組成，為一等大（1）型工程。攔河壩采用碾壓混凝土重力壩，自左至右依次布置左岸擋水壩段、河床溢流壩段（兩個中孔分別布置在左、右側的溢流壩段內）、右岸擋水壩段。攔河壩壩頂高程1334.00m，壩頂長度516.00m，最低建基高程1166.00m，最大壩高168m，最大壩底寬度153.2m。

3 檢測布置方式

大壩建基面巖體物探檢測采用鉆孔聲波、鉆孔變形模量、承壓板和鉆孔全景圖像測試等物探方法。其目的是控制爆破開挖質量，并檢查對壩基淺表部巖體的影響；探測不良地質體的空間分布，確定可利用建基面高程，評價并復核巖體質量是否達到設計的各種物理力學指標.通過長期觀測孔波速隨時間推移的變化規律，判斷壩基巖體卸荷松弛過程及深度，查明邊坡巖體開挖松弛卸荷深度范圍、軟弱結構面發育展布情況。綜合考慮巖體類別、壩段分縫、開挖梯段，檢查孔采用均勻布置的原則，詳見圖1。

圖1 大壩建基面綜合物探檢測孔平面布置圖

4 巖體爆破損傷檢測

大壩建基面的施工爆破開挖必然導致對淺表巖體的損傷影響。為指導施工開挖和加固處理提供依據，需進行爆破損傷檢測，以確定爆破前后巖體松弛圈深度及判斷巖體損傷程度。按施工技術要求在開挖最后一層爆破時，對建基面進行一次爆前、爆后巖體波速測試，距建基面1m以內段的巖體爆前、爆后波速的衰減率不大于10%，否則為爆破破壞。圖2為建基面部分壩段巖體爆破損傷檢測成果圖。

以右岸部分壩段為例，分析檢測成果曲線圖。孔口附近一定深度范圍巖體的波速值明顯低于深部正常巖體波速值，低波速是由于巖體松弛造成的，卸荷松弛深度較均勻，一般位于孔口附近0.6～1.2m之間，松弛巖體聲波波速變化范圍較大，聲波速度曲線起伏較大。統計計算距建基面1m以內段的巖體聲波平均速度得出，爆破衰減率在1.0%～11.0%之間，僅RB19-1為爆破破壞。

圖2 右岸建基面部分壩段巖體爆破損傷檢測成果圖

爆破松弛測試結果表現為爆破松弛及短時間應力調整卸荷松弛的綜合效應。官地水電站各壩段建基面爆破開挖及短時間應力調整、巖體卸荷松弛深度較均勻，松弛帶位于壩基淺表部位，一般位于0.4～3.0m之間，松弛巖體波速變化范圍較大，一般在2500～4700m/s，多集中在3000～3500m/s之間。左、右岸壩肩爆前、爆后聲波衰減率主要介于3.0%～9.0%之間，爆破開挖質量滿足施工技術要求。

5 巖體質量檢測

重力壩建基面巖體質量檢測以鉆孔聲波測試為主，輔以適量鉆孔變形模量、承壓板測試和鉆孔全景圖像測試，可定量地評價大壩建基面巖體質量工程地質，為建基面開挖后巖體質量驗收提供依據。還可研究壩基聲波波速與壩基巖體變形模量及圍巖類別的對應關系。綜合集塊熔巖各級巖體聲波、鉆孔變模、承壓板變模及全景圖像測試成果、對應關系表見表1及圖3。

建基面巖體鉆孔聲波速度、鉆孔變模值、承壓板變形模量與巖體風化程度、巖體結構、裂隙發育程度、錯動帶、破碎帶、斷層的發育和充填情況及巖體后期的強度松弛等有一定的對應關系，均與其地質條件相吻合。Ⅱ級巖體承壓板模量較鉆孔模量稍高，Ⅲ1、Ⅲ2級巖體兩者的值基本一致。

表1 集塊熔巖各級巖體聲波、承壓板變模、鉆孔變模、全景圖像對應統計表

圖3 集塊熔巖各級巖體典型鉆孔全景成像

6 鉆孔聲波與變模的相關關系

聲波速度Ⅴp和變模E0都是衡量巖體質量的重要力學指標，均可在鉆孔中進行原位測試，它們之間既有聯系又有區別。為了建立它們之間的相關關系，以聲波速度Ⅴp為橫坐標，變模E0為縱坐標作散點圖，根據回歸方程=a×繪制出建基面巖體鉆孔聲波速度與鉆孔變模的相關關系，見圖4。

由圖4可知，鉆孔變模與聲波的相關性較好，且變形模量隨著聲波速度的增加呈指數關系上升。當變模值小于10.0GPa時（Ⅲ2級及以下巖體），回歸曲線的離散度變大。

7 巖體卸荷松弛時效檢測

官地水電站高邊坡規模大，地質條件復雜，大壩建基面的施工爆破開挖，導致建基面淺表巖體的損傷以及局部高地應力的釋放和調整，可能引起壩基巖體卸荷回彈松弛破壞。邊坡巖體松弛范圍檢測以鉆孔聲波為主，根據波速的變化分析巖體松弛深度，在重點部位布置長觀孔以獲得聲波速度隨時間的變化規律。

圖4 建基面鉆孔變模與聲波速度相關關系

以左岸1#～4#壩段為例，布置了4個長觀孔，多次測試聲波曲線形態基本一致，波速變化不大，巖體聲波波速衰減主要集中在4%～10%之間。根據各鉆孔測試情況，統計各深度段聲波速度隨時間變化規律，波速隨觀測時間變化關系見圖5，聲波速度曲線成果見圖6。

圖5 左岸1#～4#壩段長觀孔聲波速度隨時間變化關系

圖6 建基面左岸1#～4#壩段長觀孔聲波速度曲線成果圖

建基面長觀孔巖體聲波波速衰減主要集中在4%～10%之間。其中0～2m段聲波衰減率變化稍大，個別壩段衰減率達到11%～13%；2m深度以下巖體聲波衰減率較小，且趨于平穩。隨觀測時間推移，多次測試聲波曲線形態基本一致，各壩段卸荷影響深度變化不大，且趨于穩定。

8 結語

綜合物探檢測方法在官地水電站建基面的應用主要為巖體爆破損傷檢測、巖體質量檢測、巖體卸荷松弛時效檢測。檢測以鉆孔聲波測試為主，輔以適量鉆孔全景圖像、鉆孔變形模量和承壓板測試，獲得了巖體爆破損傷的松弛圈范圍及損傷程度判定，巖體質量的分級評價，鉆孔聲波與變模的相關關系和巖體卸荷松弛時效的卸荷松弛深度以及其隨時間的變化規律等豐富成果，為官地水電站的后續建基面基礎處理提供了科學依據，豐富了建基面驗收與評價的基礎資料。

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10.3969/j.issn.1672-2469.2014.02.022

P631

B

1672-2469（2014）02-0077-04

朱正君（1984年- ），男，助理工程師。