聲波法在壩基巖體質量評價中的研究與應用

韓 飛，楊嘉明

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130062）

0 引言

全世界已建的壩高在百米以上的大壩中，大部分是混凝土壩。20 世紀60 年代以后，由于施工技術和機械化有所提高，土石壩的建設技術得到了發展，混凝土壩的比重有所下降。但隨著混凝土壩設計理念的不斷創新，特別是碾壓混泥土筑壩技術的發展，混凝土壩建設開創了更廣闊的前景。混凝土壩對地基要求比土石壩高，通常建在地質條件較好的巖基上，對壩基和兩岸岸坡巖體完整性的要求更高。巖體完整性好或較好的壩基巖體，其均一性好，巖體的抗變形能力和抗滲透性也好，易于滿足混凝土大壩對地基的要求。反之，巖體完整性差的巖體能否作為混凝土大壩的壩基，則需要結合工程的具體情況進行研究。

目前建基巖體質量檢測的方法主要有聲波法（單孔聲波法、跨孔聲波法）、鉆孔全孔壁數字成像法、淺層地震波折射法、探地雷達法、電磁波CT法、彈性波CT 法等。縱波波速作為評價巖體質量優劣的一項重要指標，因具備檢測設備便攜檢測過程簡便、快速、準確、可靠等特點得到了廣泛應用與發展。本文通過理論研究與分析工程實例，探討單孔聲波法及跨孔聲波法在水電工程建基巖體檢測中的應用。

1 檢測方法

1.1 單孔聲波法

將現場獲得的聲波波形記錄進行讀時，將旅行時t1，t2，傳入到計算機，即按公式：

式中：t1，t2——收1、收2 換能器的聲波旅行時；ΔL——收1 與收2 換能器之間距離；Vpi——收1與收2 換能器之間巖體縱波速度。

計算出各測點的波速Vpi值，根據各測點的波速值，繪制波速分布曲線并計算相應測段的波速平均值，原理示意圖詳見圖1（a）。

1.2 跨孔聲波法

將現場獲得的聲波波形記錄進行讀時，將跨孔的發射探頭至接收探頭的旅行時導入計算機，按公式：

式中：t——發射探頭至接收探頭的旅行時；d——發射探頭與接收探頭之間距離；Vpi——發射探頭與接收探頭之間巖體縱波速度。

計算出各測點的波速Vpi值，根據各測點的波速值，繪制波速分布曲線并計算相應測段的波速平均值。原理示意圖詳見圖1（b）。

圖1 原理示意圖

2 項目概況

大藤峽水利樞紐工程位于珠江流域西江水系的黔江河段末端，是一座以防洪、航運、發電、補水壓咸、灌溉等綜合利用的流域關鍵性工程。工程主體包括檢修門庫壩段、船閘壩段、泄水閘壩段、廠房壩段、擋水壩段等，均為混凝土澆筑而成。基巖巖性為泥盆系下統潮汐相碎屑沉積巖和泥質灰巖、灰巖、白云巖等。為確保建基巖面滿足設計要求，將以上水工建筑物劃分單元分別布置爆破開挖前后的單孔聲波檢測和孔間跨孔聲波檢測。下文以右岸泄水閘閘基9 號壩段上游齒槽為例，將該壩段劃分為4 個單元，通過統計、對比、分析，為評價和復核建基巖體質量提供準確資料。

3 工作布置

根據SL 326-2005《水利水電工程物探規程》規定和設計文件的要求，每個單元布置3 個檢測孔，呈等邊三角形，孔間距為5 m，孔深5 m，檢測孔布置示意圖詳見圖2。

圖2 檢測孔布置示意圖

4 檢測成果

4.1 單孔聲波檢測

上游齒槽爆破開挖前單孔聲波平均波速為4.99 km/s，爆破開挖后單孔聲波平均波速為4.77 km/s，0～2 m 深度波速降低4.48%。爆破影響平均深度為1.1 m，聲波檢測成果統計見表1、表2。

表1 右岸泄水壩段9號壩段上游齒槽建基面單孔聲波測試成果表

表2 右岸泄水壩段9號壩段上游齒槽建基面跨孔聲波測試成果表

4.2 跨孔聲波檢測

爆破前跨孔聲波平均波速為4.87 km/s，爆破開挖后跨孔聲波平均波速為4.78 km/s，跨孔平均波速降低1.89%。

5 結語

綜上分析可知：大藤峽水利樞紐工程右岸泄水閘閘基9 號壩段上游齒槽爆破影響的深度在1.0～1.4 m，平均為1.1 m；基礎波速大于3.5 km/s，爆破后波速降低小于10%，滿足設計人員對建基巖體波速的要求。

單孔聲波爆破開挖前后的波速對比能夠反映檢測孔附近巖體縱向巖體波速的分布變化情況，跨孔聲波爆破開挖前后的波速對比能夠反映檢測孔間巖體橫向的波速變化情況，缺一不可。單孔聲波法和跨孔聲波法憑借精度高、工期短、成本低的特點，能夠快速準確地對比爆破開挖前后建基巖體波速，為建基巖體的質量評價提供可靠的依據，以上兩種方法也將在建基巖體的質量檢測中發揮更大的作用。