綜合物探檢測(cè)方法在重力壩建基面檢測(cè)中的應(yīng)用

朱正君 黃曉應(yīng) 許振奎

綜合物探檢測(cè)方法在重力壩建基面檢測(cè)中的應(yīng)用

朱正君 黃曉應(yīng) 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(chǎn)生的抗滑力來滿足穩(wěn)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(wěn)定性、壩基應(yīng)力及變形控制密切相關(guān)，所以正確判定大壩建基面巖體質(zhì)量等級(jí)，界定巖體爆破松弛范圍和隱伏地質(zhì)缺陷影響帶、抗壓強(qiáng)度和彈性模量，對(duì)于保證大壩質(zhì)量、安全是至關(guān)重要的。針對(duì)重力壩對(duì)地質(zhì)地形條件的要求，應(yīng)用綜合物探檢測(cè)方法能夠切實(shí)、高效、科學(xué)地輔助解決上述問題。

綜合物探檢測(cè) 重力壩建基面 應(yīng)用

1 引言

人類筑壩的歷史已近5000年，重力壩是出現(xiàn)最早的一種壩型。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǎn)生的抗滑力來滿足穩(wěn)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(duì)地質(zhì)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(wěn)定的要求；（2）壩基應(yīng)有足夠的抗壓強(qiáng)度和與壩體混凝土相適應(yīng)的彈性模量，有較好的均勻性和完整性；（3）壩基、壩肩應(yīng)具有良好的抗?jié)B性；（4）兩岸山體必須穩(wěn)定，沒有難處理的滑坡體和和潛在的不穩(wěn)定滑移體。大壩建基面巖體性狀與大壩穩(wěn)定性、壩基應(yīng)力及變形控制密切相關(guān)。因此，正確判定大壩建基面巖體質(zhì)量等級(jí)，界定巖體爆破松弛范圍和隱伏地質(zhì)缺陷影響帶、抗壓強(qiáng)度和彈性模量，對(duì)于保證大壩質(zhì)量、安全是至關(guān)重要的。

針對(duì)重力壩對(duì)地質(zhì)地形條件的要求，應(yīng)用綜合物探檢測(cè)方法能夠切實(shí)、高效、科學(xué)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(cè)方法在重力壩建基面檢測(cè)中的應(yīng)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(nèi)，系雅礱江卡拉至江河口河段水電規(guī)劃五級(jí)開發(fā)方式的第3個(gè)梯級(jí)電站，電站裝機(jī)容量2400MW。樞紐區(qū)屬高山峽谷地形，河谷呈基本對(duì)稱的“V”型，臨江坡高大于700m，谷坡較陡峻。壩址區(qū)出露地層主要為二疊系上統(tǒng)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(jiān)硬、角礫集塊結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。壩基巖性較均一，巖質(zhì)堅(jiān)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(fā)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(gè)中孔分別布置在左、右側(cè)的溢流壩段內(nèi)）、右岸擋水壩段。攔河壩壩頂高程1334.00m，壩頂長(zhǎng)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(cè)布置方式

大壩建基面巖體物探檢測(cè)采用鉆孔聲波、鉆孔變形模量、承壓板和鉆孔全景圖像測(cè)試等物探方法。其目的是控制爆破開挖質(zhì)量，并檢查對(duì)壩基淺表部巖體的影響；探測(cè)不良地質(zhì)體的空間分布，確定可利用建基面高程，評(píng)價(jià)并復(fù)核巖體質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)計(jì)的各種物理力學(xué)指標(biāo).通過長(zhǎng)期觀測(cè)孔波速隨時(shí)間推移的變化規(guī)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(jié)構(gòu)面發(fā)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(cè)孔平面布置圖

4 巖體爆破損傷檢測(cè)

大壩建基面的施工爆破開挖必然導(dǎo)致對(duì)淺表巖體的損傷影響。為指導(dǎo)施工開挖和加固處理提供依據(jù)，需進(jìn)行爆破損傷檢測(cè)，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(shù)要求在開挖最后一層爆破時(shí)，對(duì)建基面進(jìn)行一次爆前、爆后巖體波速測(cè)試，距建基面1m以內(nèi)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(cè)成果圖。

以右岸部分壩段為例，分析檢測(cè)成果曲線圖?？卓诟浇欢ㄉ疃确秶鷰r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(tǒng)計(jì)計(jì)算距建基面1m以內(nèi)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(cè)成果圖

爆破松弛測(cè)試結(jié)果表現(xiàn)為爆破松弛及短時(shí)間應(yīng)力調(diào)整卸荷松弛的綜合效應(yīng)。官地水電站各壩段建基面爆破開挖及短時(shí)間應(yīng)力調(diào)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(zhì)量滿足施工技術(shù)要求。

5 巖體質(zhì)量檢測(cè)

重力壩建基面巖體質(zhì)量檢測(cè)以鉆孔聲波測(cè)試為主，輔以適量鉆孔變形模量、承壓板測(cè)試和鉆孔全景圖像測(cè)試，可定量地評(píng)價(jià)大壩建基面巖體質(zhì)量工程地質(zhì)，為建基面開挖后巖體質(zhì)量驗(yàn)收提供依據(jù)。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(duì)應(yīng)關(guān)系。綜合集塊熔巖各級(jí)巖體聲波、鉆孔變模、承壓板變模及全景圖像測(cè)試成果、對(duì)應(yīng)關(guān)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(fēng)化程度、巖體結(jié)構(gòu)、裂隙發(fā)育程度、錯(cuò)動(dòng)帶、破碎帶、斷層的發(fā)育和充填情況及巖體后期的強(qiáng)度松弛等有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，均與其地質(zhì)條件相吻合。Ⅱ級(jí)巖體承壓板模量較鉆孔模量稍高，Ⅲ1、Ⅲ2級(jí)巖體兩者的值基本一致。

表1 集塊熔巖各級(jí)巖體聲波、承壓板變模、鉆孔變模、全景圖像對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)表

圖3 集塊熔巖各級(jí)巖體典型鉆孔全景成像

6 鉆孔聲波與變模的相關(guān)關(guān)系

聲波速度Ⅴp和變模E0都是衡量巖體質(zhì)量的重要力學(xué)指標(biāo)，均可在鉆孔中進(jìn)行原位測(cè)試，它們之間既有聯(lián)系又有區(qū)別。為了建立它們之間的相關(guān)關(guān)系，以聲波速度Ⅴp為橫坐標(biāo)，變模E0為縱坐標(biāo)作散點(diǎn)圖，根據(jù)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(guān)關(guān)系，見圖4。

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

7 巖體卸荷松弛時(shí)效檢測(cè)

官地水電站高邊坡規(guī)模大，地質(zhì)條件復(fù)雜，大壩建基面的施工爆破開挖，導(dǎo)致建基面淺表巖體的損傷以及局部高地應(yīng)力的釋放和調(diào)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(cè)以鉆孔聲波為主，根據(jù)波速的變化分析巖體松弛深度，在重點(diǎn)部位布置長(zhǎng)觀孔以獲得聲波速度隨時(shí)間的變化規(guī)律。

圖4 建基面鉆孔變模與聲波速度相關(guān)關(guān)系

以左岸1#～4#壩段為例，布置了4個(gè)長(zhǎng)觀孔，多次測(cè)試聲波曲線形態(tài)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(jù)各鉆孔測(cè)試情況，統(tǒng)計(jì)各深度段聲波速度隨時(shí)間變化規(guī)律，波速隨觀測(cè)時(shí)間變化關(guān)系見圖5，聲波速度曲線成果見圖6。

圖5 左岸1#～4#壩段長(zhǎng)觀孔聲波速度隨時(shí)間變化關(guān)系

圖6 建基面左岸1#～4#壩段長(zhǎng)觀孔聲波速度曲線成果圖

建基面長(zhǎng)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(gè)別壩段衰減率達(dá)到11%～13%；2m深度以下巖體聲波衰減率較小，且趨于平穩(wěn)。隨觀測(cè)時(shí)間推移，多次測(cè)試聲波曲線形態(tài)基本一致，各壩段卸荷影響深度變化不大，且趨于穩(wěn)定。

8 結(jié)語(yǔ)

綜合物探檢測(cè)方法在官地水電站建基面的應(yīng)用主要為巖體爆破損傷檢測(cè)、巖體質(zhì)量檢測(cè)、巖體卸荷松弛時(shí)效檢測(cè)。檢測(cè)以鉆孔聲波測(cè)試為主，輔以適量鉆孔全景圖像、鉆孔變形模量和承壓板測(cè)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(zhì)量的分級(jí)評(píng)價(jià)，鉆孔聲波與變模的相關(guān)關(guān)系和巖體卸荷松弛時(shí)效的卸荷松弛深度以及其隨時(shí)間的變化規(guī)律等豐富成果，為官地水電站的后續(xù)建基面基礎(chǔ)處理提供了科學(xué)依據(jù)，豐富了建基面驗(yàn)收與評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)資料。

1 潘家錚. 重力壩[M]. 北京：水利電力出版社，1983.

2 陳磊，戴前偉，曾凡卿. 大壩建基巖體物理探測(cè)方法應(yīng)用.工程地球物理學(xué)報(bào)，2006（3）：221-224.

3 彭緒州. 地球物理測(cè)試方法在工程巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J]. 物探裝備，2001，11（4）：288-301.

4 賀智娟，鄔靜，裴尼松，王宇璽. 大壩建基巖體綜合物探檢測(cè)方法及應(yīng)用效果. 勘察科學(xué)技術(shù)，2010（2）：58-60.

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。