水利水電工程巖體檢測技術(shù)的應(yīng)用研究

董伯明

(廣東省惠州市水利水電工程質(zhì)量檢測站，廣東 惠州 516001)

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水利水電工程巖體檢測技術(shù)的應(yīng)用研究

董伯明

(廣東省惠州市水利水電工程質(zhì)量檢測站，廣東 惠州 516001)

摘要：水電站是一個國家和地區(qū)電力供應(yīng)的場所，近年來，在中國西部地區(qū)建設(shè)的水利工程由于山勢險峻需要很大的開挖量，隨之出現(xiàn)許多巖石工程和力學(xué)問題。為保障工程質(zhì)量，需對工程全程實施控制和技術(shù)檢測。文章重點針對當前中國西南地區(qū)的水利建設(shè)工程中的巖體檢測技術(shù)的應(yīng)用相關(guān)內(nèi)容展開分析論述，從而不斷提升水利工程巖體檢測的技術(shù)應(yīng)用水平，保障水利工程的質(zhì)量安全。

關(guān)鍵詞：水利水電工程；巖體檢測；技術(shù)；應(yīng)用；研究

0前言

水電站是一個國家和地區(qū)電力供應(yīng)的場所，在中國西部地區(qū)建設(shè)的水利工程由于山勢險峻需要很大的開挖量，隨之出現(xiàn)許多巖石工程和力學(xué)問題。為保障工程質(zhì)量，需對工程全程實施控制和技術(shù)檢測。隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，人們對電力的需求也在逐步上升，而水利水電工程巖體檢測技術(shù)的應(yīng)用也得到了推廣。

近年來，在中國的西部地區(qū)，建設(shè)了諸多的水利工程，這些水利工程由于地形陡峭、山勢險峻，都具有很大的開挖量，所以會出現(xiàn)許多的巖石工程和力學(xué)問題。為了保證工程質(zhì)量，就需要通過對工程全過程實施控制和技術(shù)檢測，文章重點以中國西南地區(qū)的水利工程為例，分析了水利工程建設(shè)中遇到的主要問題以及如何通過巖體檢測技術(shù)的應(yīng)用來解決這些地質(zhì)問題。

1水利水電工程建設(shè)中面臨的主要地質(zhì)問題

1.1河谷高地的應(yīng)力及應(yīng)力所導(dǎo)致的破裂變形問題

從中國西南地區(qū)的河谷地形來看，河谷高地中存在應(yīng)力場環(huán)境條件，在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過河谷河流的外界應(yīng)力疊加從而形成二次應(yīng)力場。所以中國西南地區(qū)的區(qū)域構(gòu)造河谷深切，兩岸邊坡陡峭，會導(dǎo)致河谷下切過程中應(yīng)力大力釋放，對水電站的項目選址造成了困難，也造成高壩建設(shè)時建基面選擇、繞壩滲漏以及高邊坡失穩(wěn)等問題經(jīng)常出現(xiàn)。

1.2區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性、高地震烈度以及活斷層問題

從西南地區(qū)的地質(zhì)情況進行分析，斷層地質(zhì)較多，活動規(guī)模和強度較大，地震活動頻繁，所以外動力因素相對活躍的狀況導(dǎo)致場地區(qū)域結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，同時也會對建筑本身以及水電工程建設(shè)施工帶來影響。

1.3工程高邊坡相關(guān)的穩(wěn)定問題

中國西南地區(qū)的臨河自然岸坡河谷可達上千米，所以就加大了巖體邊坡的地質(zhì)穩(wěn)定性控制的難度，對于巖石力學(xué)、計算分析理論以及實踐都是很大的挑戰(zhàn)。

2巖體檢測技術(shù)在水電水利工程中的應(yīng)用

2.1工程檢測以及水電工程物探

文章就從中國西南地區(qū)水利水電站巖體技術(shù)檢測[1]的相關(guān)內(nèi)容展開論述，文中結(jié)合了水利工程山洪溝洪水的具體特點，以及洪水對該地區(qū)水電站造成的危害進行論述研究。

因此，為了提高水利水電工程的巖體檢測技術(shù)水平，檢測技術(shù)人員有必要加強對巖體檢測技術(shù)的理論知識學(xué)習(xí)與研究，特別是對大型的水利水電站大壩的高邊巖體質(zhì)量檢測以及大壩基礎(chǔ)巖體技術(shù)檢測進行研究分析，從而熟練掌握巖體檢測技術(shù)原理。

通常來講，水利水電巖體檢測時工程的檢測以及工程的物探方法是檢測中的重要使用方法，也是工程質(zhì)量中無損檢測的重要應(yīng)用技術(shù)。因此，水利水電工程檢測技術(shù)值得廣泛應(yīng)用推廣，在具體的檢測時，要按照技術(shù)施工要求，結(jié)合當?shù)氐膶嶋H情況展開分析，從而根據(jù)巖體特點找到適合的檢測方法，以便保證施工技術(shù)檢測的安全性與穩(wěn)定性。

2.2大壩基礎(chǔ)巖體質(zhì)量檢測

當水利水電工程大壩的建基面開始施工后，要保證壩基巖體的穩(wěn)定性，從而確保整個水利水電工程的巖體穩(wěn)定，在水利水電壩基巖體開挖施工過程中，需要施工人員對壩基體的巖層進行指數(shù)檢測[2]分析，查明壩基的質(zhì)量缺陷，巖體性質(zhì)、地基特點以及巖體的松弛度等重要測量指標，可以了解壩基巖體的整個變化過程，從而不斷為大型水利水電工程壩基的質(zhì)量安全指標的檢測提供科學(xué)的決策依據(jù)。

通常情況下，壩基巖體的爆破工程檢測施工需要多種工作相互配合，在施工檢測時要按照梯段以及壩基的開挖單元布置爆破檢測孔，對爆破檢測孔需要及時進行指標分類，類型可分為爆后孔和爆前孔兩種，在檢測中，采用對穿聲波檢測以及單孔聲波檢測法進行安全監(jiān)測；首先要對爆破前后的爆破聲波進行不斷檢測，通過檢測準確得到水利水電壩基的爆破影響深度，此外注意觀察壩基巖體的質(zhì)量在預(yù)應(yīng)力作用下的前后變化，可對壩基爆破的深度以及影響力參數(shù)進行準確評估，經(jīng)過調(diào)查論證，分析爆破對壩基巖體的破壞程度，根據(jù)具體破壞度確定施工監(jiān)測技術(shù)方法。

但爆破時要對壩基壩體的預(yù)應(yīng)力以及拱壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計要經(jīng)過合理論證，不同高度、不同部位的水利水電工程壩體測量規(guī)模與設(shè)備不同，當挖掘機對大壩的基礎(chǔ)壩體開挖后，設(shè)計師要按照壩體的不同高度及深度、巖體的性質(zhì)特點展開檢測孔的預(yù)置，物探時要根據(jù)鉆孔的變形模量以及聲波、鉆孔的全景實操圖示等進行測量，在建立壩體基礎(chǔ)巖層聲波與變形模量的模型關(guān)系后，需要對這幾項指標進行全面衡量分析，從而得到準確的波速標準，對整個壩體的結(jié)構(gòu)進行總體指標的衡量。

當大壩壩體開始挖方施工后，壩基的巖體會隨著壩基的推移，松弛度會發(fā)生一定的變化，在壩基的地應(yīng)力部分，由于壩基巖體卸荷度較強，因此會嚴重影響壩體的基礎(chǔ)巖層利用。

在研究壩基變形深度以及建基面巖體卸荷四彈變形時，通過不斷掌握和了解壩基巖體的聲波速率與壩體推移時間的遞減變化規(guī)律，對大壩的壩基巖體預(yù)應(yīng)力引發(fā)的重力荷載分布變化以及巖體卸載的松弛度影響作用進行分析，檢測人員可在大壩基面設(shè)置安裝聲波檢測試長觀測孔，便于對水利大壩的基面松弛度展開分析研究。經(jīng)過測試分析，大壩巖體基層的測試結(jié)果隨著測試實踐的發(fā)展在變化，巖層的預(yù)應(yīng)力會嚴重影響大壩壩基的卸荷松弛度[2]。

除上述分析外，水利水電檢測技術(shù)中還需對固結(jié)灌漿技術(shù)進行評估論證，由于固結(jié)灌漿是大型水利水電工程基礎(chǔ)巖層保持完整性與穩(wěn)定性的具體途徑，此種施工技術(shù)可提高整個壩體工程變形模量的完整性。壩基進行灌漿技術(shù)施工處理后，被灌巖體的整體穩(wěn)定性以及防滲透性、巖體剛度和強度都會發(fā)生不同程度的變化，對于技術(shù)施工的效益要經(jīng)過科學(xué)的手段予以保證，技術(shù)檢測指標結(jié)果可作為工程施工指導(dǎo)以及施工驗收、安全性預(yù)測評估以及今后水利水電安全運行的定性、定量測量分析依據(jù)。

2.3高邊坡巖體物探檢測

在西南地區(qū)大型的水利水電工程施工時，高邊坡巖體[3]的質(zhì)量穩(wěn)定性與可靠性問題已經(jīng)受到廣泛關(guān)注，某些大型水利水電大壩會修建于高坡山谷地區(qū)，因此會遇到大量的邊坡施工，邊坡施工通常有兩種，一種是天然邊坡，另一種是人工邊坡。人工邊坡是指施工開挖而形成的施工邊坡，主要包括：①出口邊坡；②大壩壩肩開挖邊坡；③地面廠房邊坡；④引水渠道以及溢洪道路邊坡。

天然邊坡與人工邊坡不同，由于地質(zhì)原因，工程未施工之前就天然存在，一種是水電站陡崖和邊坡，另一種是受到水電站水庫影響，遭受坍塌或滑坡等天然邊坡，對這類邊坡進行質(zhì)量技術(shù)檢測時，要考慮邊坡開挖過程中，巖體會隨著表面荷載變化逐漸減小，邊坡洞室出入口會隨著預(yù)應(yīng)力的變化發(fā)生變化，由于壩體邊坡會受到回彈變形的影響，所以壩體巖層的應(yīng)力作用會隨著內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不斷變化逐漸向縱深處轉(zhuǎn)移，當壩基巖體的縫隙越來愈大，在壩體邊坡出現(xiàn)新的裂縫，這就是典型的水利工程巖體松懈，所以要通過故障成因分析，加強技術(shù)檢測。

當工程施工人員對壩體進行開挖之后，導(dǎo)致邊坡以及壩體地下洞內(nèi)的附近巖體出現(xiàn)嚴重的變形，受外力作用的變形會隨時間的逐步推移，變形程度也會越來越嚴重，這些細微的變化要引起施工人員密切關(guān)注，如果在技術(shù)測量時不能準確考慮上述影響因素，后續(xù)工程運行就會留下安全隱患，造成重大安全事故發(fā)生。

從問題具體成因分析，到水利水電工程巖體檢測技術(shù)的應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)，巖體力學(xué)已經(jīng)成為影響水利水電邊坡穩(wěn)定性與安全性的重要因素，因此準確、科學(xué)對大壩巖體的力學(xué)體系[4]進行總結(jié)分析、論證、研究，是維護整個大型水利水電工程穩(wěn)定安全運行的重要環(huán)節(jié)，同樣也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

在對水利水電邊坡開挖施工中，施工測量師要嚴格按照一定的施工測量技術(shù)指標以及測量方案進行，要綜合考慮多方面的影響因素，還要結(jié)合當?shù)氐乃姽こ痰木唧w特點、地質(zhì)環(huán)境、水文狀況，采用錨索孔以及邊坡錨桿、施工洞室布探等加強技術(shù)檢測，還要通過鉆孔全景圖像以及聲波檢測、地震層析成像分析等技術(shù)手段，經(jīng)過采集和整理水利水電工程項目的巖體聲波速率，不斷確定核對巖體的錨固類型，對壩體的松緊度情況、地質(zhì)軟弱點以及巖層風(fēng)化卸荷帶的布局以及整體縱向情況展開論證研討，經(jīng)過假設(shè)求證，制定一套完整的施工監(jiān)測技術(shù)方案壩體邊坡支護方案，在施工監(jiān)測的同時，還要不斷對測量的數(shù)據(jù)進行分析調(diào)整，為后續(xù)的工作提供動態(tài)的參考依據(jù)。

3結(jié)語

綜上所述，從當前中國西南地區(qū)的水利水電施工建設(shè)的總體情況來看，其地質(zhì)環(huán)境十分復(fù)雜，由于雨水比較充沛，因此地應(yīng)力水平較高，在水利水電工程建設(shè)中面臨的主要地質(zhì)問題有河谷高地的應(yīng)力及應(yīng)力所導(dǎo)致的破裂變形、區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性、高地震烈度以及活斷層以及工程高邊坡相關(guān)的穩(wěn)定問題。

從巖體檢測技術(shù)水平來看，在某種程度上已得到相應(yīng)的提升，但是依然存在一定的不足之處，其測量的嚴謹性不能忽視，其中質(zhì)量無損檢測技術(shù)中的主要技術(shù)就是工程的檢測以及工程的物探，在檢測中需要對大壩基礎(chǔ)巖體進行質(zhì)量檢測和高邊坡巖體進行物探檢測。

因為水利水電工程功在當代，利在千秋，所以是一項造福人類的偉大工程與事業(yè)，中國西南地區(qū)水電站的建設(shè)大力發(fā)展，只有對巖體檢測技術(shù)進行不斷的深入研究，對新方法進行大力拓展和實踐，才能使工程中的難點得到大力解決，總之，做好巖體檢測工作有助于中國大型水利水電工程項目的穩(wěn)定運行，也可以促進人們生活質(zhì)量的有效提升。

參考文獻：

[1]許海燕,裴琳.水電水利工程巖體檢測技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].水電站設(shè)計,2012(01):70-76.

[2]劉金龍,韓業(yè)飛.水利水電工程巖體檢測技術(shù)的應(yīng)用分析[J].黑龍江科技信息,2014(03):164.

[3]張瑞,劉柳.巖體檢測技術(shù)在水電水利工程中的應(yīng)用探析[J].吉林水利,2014(04):26-27.

[4]朱建業(yè).巖體工程地質(zhì)力學(xué)在水電水利工程勘察中的應(yīng)用[J].工程地質(zhì)學(xué)報,2014(04):667-676.

文章編號：1007-7596(2016)02-0106-03

[收稿日期]2015-08-28

[作者簡介]董伯明(1984-)，男，工程師，從事水利檢測工作。

中圖分類號：TV223.1

文獻標識碼：B