電測探法在李溪攔河壩重建工程溶洞勘察中的應(yīng)用

陳浩

(廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣州 510640)

1 工程概況

1.1 項目背景

李溪攔河壩位于流溪河下游廣州市花都區(qū)花東鎮(zhèn)李溪村，是一座具有灌溉、引水、發(fā)電、水環(huán)境水生態(tài)等多種功能的水利樞紐工程。攔河壩(閘)高8 m，壩長275.50 m，正常蓄水位高10.51 m，附屬水工建筑物有一級、二級消力池，混凝底板海漫，海漫外漿砌石及拋石護坡，左、右岸建有裝機容量1 250 kW小型水電站，采用粘土鋪蓋防滲。原設(shè)計過閘流量為1 980 m3/s，屬大(二)型攔河水閘工程。該水利樞紐工程已運行近40 a，由于存在諸多工程安全隱患及工程老化，現(xiàn)決定在攔河壩(閘)原軸線位置拆除重建。消能設(shè)施、電站等不變。

1.2 區(qū)域地質(zhì)情況

圖1 1∶5萬區(qū)域地質(zhì)圖

2 勘察方法與工作布置

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研及設(shè)計資料顯示，本次鉆孔的間距和深度均無法滿足電磁波CT成像、探地雷達(dá)有效探測深度等要求。因此，為盡可能探清壩址區(qū)溶洞發(fā)育特征，本場地采用了電測探法對壩址區(qū)溶洞發(fā)育特征進行探測，但由于探測場地存在的高速水流、發(fā)電站、大量鋼筋混凝土建筑等都對導(dǎo)電體的導(dǎo)電性能有較大影響，導(dǎo)致電測探法成果的準(zhǔn)確率有所降低，為驗證電測探法結(jié)果的準(zhǔn)確性，并為重建壩址區(qū)溶洞發(fā)育評價提供準(zhǔn)確依據(jù)，本次勘察還結(jié)合地質(zhì)勘察技術(shù)對電測探法結(jié)果進行驗證。

2.1 電測探法

電測探法主要采用高密度電法，其基本原理與電阻率法一致，但相對設(shè)置了更多的觀測點，操作時，將電極布置在設(shè)計的測點上，利用程控電極轉(zhuǎn)換裝置和微機工程電測儀，進行觀測。工作儀器采用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2A型高密度電法測量系統(tǒng)1套，其主要性能指標(biāo)滿足《電阻率測深法技術(shù)規(guī)程》(DZ/T0072-93)。本項目計劃壩軸線方向設(shè)置4條測線，分別為L1、L2、L3、L4，測線總長度930 m，測線具體布置如圖2所示。

2.2 地質(zhì)勘察

采用現(xiàn)場壓水、鉆探等綜合地質(zhì)勘察方法，對重建壩址區(qū)域的地層巖性、區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性進行調(diào)查，確定工程場地巖溶發(fā)育情況，并對電測法的準(zhǔn)確性進行驗證。鉆探工作執(zhí)行主要按照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50287-99、《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123-1999、《巖土工程勘察規(guī)程》GB50021-2001等相關(guān)的規(guī)程、規(guī)范進行。計劃地質(zhì)勘察鉆孔18孔，其中技術(shù)孔8孔，鑒別孔10孔，平均孔深20 m，約總進尺360 m左右。由于費用等原因，在征得業(yè)主同意后，本次勘察完成鉆孔17個，如圖2所示，鉆孔編號為SZK1～SZK12、ZK2- ZK6。其中，技術(shù)孔8個，分別為ZK2～SZK6、SZK8、SZK110、SZK11；鑒別孔9個，分別為SZK1-SZK7、SZK9、SZK12，鉆孔具體位置見圖2所示。

圖2 測線及測點布置示意圖

3 勘測成果分析

3.1 電測探法結(jié)果分析

高密度電法得到了各測線反演剖面，如圖3所示，電測探曲線形態(tài)主要為“H”型和“A”型，“H”型形態(tài)電測探曲線表現(xiàn)為：混凝土電阻率較高為200～500 Ω·m，素填土，礫砂，粉質(zhì)粘土，中砂等電阻率較低為50～150 Ω·m，下伏基巖灰?guī)r的電阻率為8 000 Ω·m左右；“A”型形態(tài)電測探曲線表現(xiàn)為：河水、素填土，礫砂，粉質(zhì)粘土，中砂電阻率較為50～150 Ω·m，下伏基巖灰?guī)r的電阻率為1 000 Ω·m左右。淺部為低阻(藍(lán)色區(qū)域)，深部為高阻(紅色區(qū)域)，根據(jù)測區(qū)內(nèi)地質(zhì)特點，低阻層可解釋為覆蓋土層(包括強風(fēng)化粉砂巖及弱風(fēng)化粉砂巖、灰?guī)r薄夾層)，高阻層解釋為灰?guī)r，而高、低異常分界線大致反映基巖起伏。

圖3 高密度電法反演斷面圖

總結(jié)本工作區(qū)域異常判斷原則，剔除假異常的干擾，對所有探測剖面進行異常判斷，各測線異常位置匯總表見表1。可知，L1、L2、L3、L4測線分別有3處、2處、3處、1處異常點，均處于頂部埋深18.90～25.90 m，各異常點高度范圍處于1.30～2.50 m。圖4為綜合地質(zhì)解釋剖面圖，可知，在測線范圍內(nèi)圈定了9個灰?guī)r巖體巖溶發(fā)育區(qū)(紅色溶洞區(qū)域)，大多集中在ZK3-ZK5、SZK2與SZK6之間、SZK9、SZK10與SZK11之間。巖溶總體呈現(xiàn)灰?guī)r頂面附近發(fā)育的特征，巖溶發(fā)育規(guī)模不大，數(shù)量較少，洞徑大小及深度無一定規(guī)律，小的洞高只有0.40～0.60 m，但大的洞徑達(dá)4.00 m。

圖4 綜合地質(zhì)解釋剖面圖

表1 各測線巖溶異常位置表

3.2 鉆探勘察結(jié)果

3.2.1 壓水試驗結(jié)果

為測定微風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r的單位吸水量，并以其換算求出滲透系數(shù)，用以說明微風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r的透水性和裂隙性及其隨深度的變化情況，為論證壩基巖體的完整性和透水程度，以及制定防滲措施和基礎(chǔ)處理方案等提供重要依據(jù)，本次勘察在鉆孔SZK8、SZK9、SZK10位置布置3組壓水試驗，如表2所示。

表2 壓水試驗成果表

3.2.2 鉆探勘察結(jié)果

為進一步驗證電測探法對壩址區(qū)溶洞發(fā)育勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性，對壩址防滲墻軸線位置鉆孔勘察，采取全巖芯鉆探，分析不同深度巖層情況。結(jié)果見表3所示，ZK2-ZK6、SZK8、SZK11、SZK12均存在不同填充程度的溶洞，溶洞埋深大多集中在13.70～33.50 m，具體位置如圖4所示(藍(lán)色溶洞)。

表3 鉆探勘察成果表

根據(jù)抽水、壓水試驗及鉆探勘察成果，可知，壩基微風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r滲透性等級為弱～中等透水，說明巖體局部存在空洞、裂隙。此外，鉆探勘察結(jié)果與電測探法結(jié)果存在一定差異，特別是ZK2、ZK6、SZK1-SZK9鉆孔區(qū)域，其中，ZK2和ZK6鉆孔區(qū)域鉆探勘察結(jié)果顯示在19.00～20.40 m和11.50～12.10 m處存在溶洞，而電測探法結(jié)果卻無法顯示溶洞；SZK1-SZK9鉆孔區(qū)域電測探法勘察結(jié)果顯示在15.00～20.40 m處存在多個溶洞，而鉆探勘察結(jié)果卻未顯示，其他鉆孔區(qū)域兩種勘察結(jié)果溶洞位置基本一致。這表明當(dāng)探測場地存在影響導(dǎo)電體的導(dǎo)電性能的不確定因素時，電測探法勘察結(jié)果的準(zhǔn)確率確實有所下降，為更準(zhǔn)確的揭示地層巖溶發(fā)育信息，還需結(jié)合傳統(tǒng)地質(zhì)勘察對其結(jié)果進行補充。綜上所述，針對李溪攔河壩重建壩址區(qū)這種具有復(fù)雜地質(zhì)條件的工程進行勘測，想要提高勘測結(jié)果的準(zhǔn)確性，有必要采用多種勘測同時進行勘測。

4 結(jié)語

李溪攔河壩重建工程壩址區(qū)及垂直防滲墻位置的地質(zhì)條件復(fù)雜，通過電測探法及鉆探勘察綜合分析，查明了李溪攔河壩重建工程壩址區(qū)及垂直防滲墻位置的巖溶發(fā)育情況，有效解決了巖溶發(fā)育、破碎帶分布問題，為設(shè)計提供了更精確的地質(zhì)資料和參數(shù)。同時，壩址區(qū)域沿壩軸線均有不同程度的溶洞發(fā)育，且多為粘土填充溶洞，埋深多集中在13.70～33.50 m。因此，可利用鉆孔注漿的方式對溶洞進行處理，以避免溶洞對工程帶來的不利影響。