綜合物探方法在蘇洼龍水電站上游圍堰混凝土防滲墻質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

唐 明 武， 杜 愛 明， 李 亞 雄

(1.華電金沙江上游水電開發(fā)有限公司蘇洼龍分公司，四川 巴塘 627650；2.云南華昆水電水利科學(xué)研究有限公司，云南 昆明 650100)

1 概 述

混凝土防滲墻作為透水地基的一種可靠的垂直防滲設(shè)施，在水利水電工程中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用[1-2]，塑性混凝土防滲墻工程作為一個(gè)隱蔽工程，如何真實(shí)有效地反映施工質(zhì)量是一個(gè)重要課題。蘇洼龍水電站上游防滲墻受2018年“11·03”白格堰塞湖形成的洪水影響，部分墻體受損，受損段經(jīng)修復(fù)后需要進(jìn)行質(zhì)量檢測。采用綜合物探方法，包括鉆孔取芯、單孔聲波，全孔壁數(shù)字成像和注水試驗(yàn)等，檢測蘇洼龍水電站上游圍堰修復(fù)后防滲墻體混凝土質(zhì)量，目的是判斷修復(fù)后的防滲墻混凝土墻體以及蓋帽混凝土是否還有受損情況，確定損壞范圍，抽檢新澆筑混凝土與老混凝土結(jié)合情況，判斷防滲墻混凝土透水情況以及分布范圍。對檢測發(fā)現(xiàn)的防滲墻混凝土缺陷進(jìn)行處理，并對處理后的混凝土缺陷進(jìn)行復(fù)檢。通過綜合物探方法對混凝土防滲墻的質(zhì)量進(jìn)行檢測，說明該方法在圍堰防滲墻工程質(zhì)量檢測中的有效性，對混凝土防滲墻的施工質(zhì)量可以直觀、可靠地進(jìn)行評價(jià)[3-5]。

蘇洼龍水電站位于金沙江上游河段四川巴塘縣和西藏芒康縣的界河上，為金沙江上游水電規(guī)劃13個(gè)梯級電站的第10級。上游圍堰兩岸大部分基巖裸露，河床部位覆蓋層深厚，覆蓋層主要由第四系沖洪積、堰塞湖積和冰積層組成，基巖主要為印支期黑云斜長花崗巖(γβ51-c)，系侵入巖體，與圍巖呈斷層接觸或裂隙接觸，花崗巖體呈NNW向展布。上游圍堰防滲墻施工平臺高程為2 393.0 m，防滲墻軸線長度394.12 m，混凝土防滲墻最大深度87 m，厚度1.0 m，防滲墻體混凝土為C5W8塑性混凝土，設(shè)計(jì)伸入基巖1.0 m。洪水后混凝土防滲墻部分墻體受損，主要受損段為K0+140～K0+247，共計(jì)107 m左右?；炷潦軗p后進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度C20。

2 現(xiàn)場檢測技術(shù)

2.1 單孔聲波和跨孔聲波

聲波檢測依據(jù)均彈性波理論，在檢測中把基礎(chǔ)巖體均視為彈性介質(zhì)。彈性介質(zhì)是當(dāng)動(dòng)應(yīng)力不超過介質(zhì)的彈性極限時(shí)，則產(chǎn)生彈性波，波的傳播符合彈性波物理基本理論。

當(dāng)基礎(chǔ)巖體局部存在節(jié)理、裂隙、軟弱夾層、斷層等不利因素，或混凝土壩體中存在缺陷時(shí)，不連續(xù)的介質(zhì)內(nèi)往往被空氣、水分等其他物質(zhì)充填，由于波阻抗差異較大，彈性波通過復(fù)雜的波阻抗面時(shí)，必然會發(fā)生散射和繞射。因此，與完整的基礎(chǔ)巖體相比，在有對工程不利因素的基礎(chǔ)巖體中，彈性波的傳播速度偏低，接收信號的首波振幅也低，波形發(fā)生畸變。因巖石和混凝土的抗壓強(qiáng)度與彈性波的傳播速度之間存在著良好的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性，故而，根據(jù)彈性波的傳播速度、首波振幅以及波形的畸變等參數(shù)就可綜合評定出防滲墻體混凝土質(zhì)量的好壞。

聲波檢測分單孔聲波和跨孔聲波兩種：單孔聲波檢測在一個(gè)孔中進(jìn)行，一般采用一發(fā)雙收方式進(jìn)行檢測；跨孔聲波在兩個(gè)孔中進(jìn)行測試，其中一個(gè)孔放置發(fā)射換能器，另一個(gè)放置接收換能器，有水平同步測試、斜同步測試等。

2.2 全孔壁數(shù)字成像

全孔壁數(shù)字成像系統(tǒng)是利用井下攝像探頭，通過錐形反光鏡攝取孔壁四周的連續(xù)圖像，利用圖像采集和處理系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制采集孔壁圖像，并進(jìn)行展開、拼接處理，形成鉆孔全孔壁柱狀剖面連續(xù)圖像。該系統(tǒng)采集的圖像清晰度高，后期處理功能強(qiáng)，可提供全孔壁展開圖、巖芯柱狀圖和素描圖?？衫昧_盤方位測量裂隙產(chǎn)狀，根據(jù)圖像步長計(jì)算裂隙寬度。圖像展開時(shí)以“N”方向?yàn)槠鹬裹c(diǎn)全孔壁數(shù)字成像儀典型測試成果見圖1。

圖1 全孔壁數(shù)字成像儀典型測試成果示意圖

2.3 注水試驗(yàn)

注水試驗(yàn)是指向鉆孔或試坑內(nèi)注水，通過定時(shí)量測注水量、時(shí)間、水位等相關(guān)參數(shù)，測定目的層介質(zhì)滲透系數(shù)的試驗(yàn)。本次主要采用鉆孔注水試驗(yàn)，通常有降水頭法、常水頭法和變水頭法3種。

2.3.1 降水頭法

降水頭法適用于地下水水位以上或以下的粉土、砂土及滲透性不大的碎石土。其操作要點(diǎn)是向孔內(nèi)注清水，使管內(nèi)水位高出試驗(yàn)?zāi)康膶雍偷叵滤唬蟾櫽^測水位下降過程，定時(shí)記錄水位下降值及注入水量。

2.3.2 常水頭法

常水頭法適用于地下水水位以下滲透性較強(qiáng)的土層，其操作要點(diǎn)是注水使管中水位高出地下水水位并保持固定，定時(shí)記錄注水時(shí)間和注水量。

2.3.3 變水頭法

變水頭法可視為上述2種方法的結(jié)合。其操作要點(diǎn)是分3次抬高水頭并保持固定，定時(shí)觀測流量。

3 孔位布置

上游圍堰修復(fù)后防滲墻K0+140～K0+247段共布置10個(gè)初檢孔，2個(gè)復(fù)檢測孔，上游復(fù)建圍堰防滲墻檢測孔位布置見圖2，其中K0+130～K0+140段為蓋帽混凝土未受損段，布置了2個(gè)初檢孔，K0+140～K0+247段為蓋帽混凝土受損段，混凝土修復(fù)后布置了8個(gè)初檢孔。為檢測混凝土缺陷處理效果，初檢孔ZK04(樁號K0+199)靠左岸位置1 m處布置復(fù)檢孔J01，初檢孔ZK08(樁號K0+223)靠右岸位置1 m處布置復(fù)檢孔J02。

圖2 上游圍堰復(fù)建圍堰防滲墻檢測孔位布置示意圖

4 檢測成果

4.1 單孔聲波檢測成果

本次對蘇洼龍水電站上游圍堰修復(fù)后的防滲墻ZK01～ZK10共10個(gè)初檢孔、J01～J02共2個(gè)復(fù)檢孔進(jìn)行單孔聲波測試，經(jīng)對相關(guān)數(shù)據(jù)分析處理，上游圍堰修復(fù)后防滲墻單孔聲波檢測成果統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 上游圍堰修復(fù)后防滲墻單孔聲波檢測成果統(tǒng)計(jì)表

從表中可看出，初檢孔ZK01～ZK10波速平均值在2.41～3.35 km/s之間，波速差異的主要原因在于測試孔段混凝土波速的差異，原防滲墻混凝土(老混凝土)與修復(fù)后混凝土(新混凝土)之間波速的差異大。ZK02、ZK04和ZK08共3個(gè)孔存在相對低速異常段，分別是：ZK02孔深4.4～4.8 m段，平均波速2.08 km/s；ZK04孔深7.2～7.8 m段，平均波速2.37 km/s；ZK08孔深13.2～13.4 m段，平均波速2.07 km/s。

裂縫灌漿處理后復(fù)檢孔J01～J02平均波速在2.81～3.01 km/s之間，J01相對低波段在13.4～14.4 m之間，J02相對低波速段在12.4～12.8 m之間。

4.2 全孔壁數(shù)字成像檢測成果

本次對上游圍堰修復(fù)后防滲墻ZK01～ZK10共10個(gè)初檢孔、J01～J02共2個(gè)復(fù)檢孔進(jìn)行單孔聲波測試，經(jīng)對相關(guān)數(shù)據(jù)處理分析，上游圍堰修復(fù)后防滲墻全孔壁數(shù)字成像檢測成果統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 上游圍堰修復(fù)后防滲墻全孔壁數(shù)字成像檢測成果統(tǒng)計(jì)表

從表中可看出，初檢孔ZK01～ZK10孔壁大多數(shù)比較完整，其中：ZK01孔深4.2～4.4 m處局部破碎；ZK04孔深11.0 m處有裂縫發(fā)育，縫寬16.650 mm，傾角16°；ZK08孔深1.7～2.1 m孔壁粗糙，8.4 m處有裂縫，縫寬14.054 mm。裂縫灌漿處理后：ZK04復(fù)檢孔J01在10.5～10.6 m處有裂縫，縫寬12.59 mm，可見水泥漿充填；ZK08復(fù)檢孔J02在6.9～7.0 m處有裂縫，縫寬13.2 mm，可見水泥漿充填。ZK04孔以及該孔的復(fù)檢孔J01、ZK08孔以及該孔的復(fù)檢孔J02裂縫全孔壁數(shù)字成像圖(圖3)。

ZK08孔(圖左，11.0 m處裂縫)和J01孔(圖右，深10.5～10.6 m處裂縫) ZK08孔(圖左，11.0 m處裂縫)和J01孔(圖右，10.5～10.6 m處裂縫)

從檢測結(jié)果分析，上游圍堰修復(fù)后防滲墻混凝土整體較完整，ZK01孔深4.2～4.4 m處局部破碎，所有檢測孔新老混凝土結(jié)合(除ZK0外)結(jié)合都比較緊密。在老混凝土中共發(fā)現(xiàn)2條裂縫，其中：ZK04與J01在同一槽段，所發(fā)現(xiàn)裂縫為同一條裂縫，裂縫發(fā)育方向?yàn)樽蟀陡撸野兜?，傾角26°左右，綜合分析此裂縫沒有跨槽段；ZK08與J02在同一槽段，所發(fā)現(xiàn)裂縫為同一條裂縫，裂縫發(fā)育方向?yàn)樽蟀兜?，右岸高，傾角54°左右，綜合分析此裂縫沒有跨槽段。

4.3 注水試驗(yàn)檢測成果

初檢孔ZK01～ZK02孔0～6 m段進(jìn)行注水試驗(yàn)，滲透系數(shù)(K)為1.11×10-6～1.34×10-6cm/s之間；ZK03～ZK10孔分兩段進(jìn)行注水試驗(yàn)，第1段0～8 m，第2段8 m～孔段，滲透系數(shù)(K)為1.23×10-6～8.45×10-6cm/s之間，其中：ZK04孔深8～15 m段漏水，無法計(jì)算滲透系數(shù)，孔口水位每分鐘下降83 cm；ZK08孔深8～15 m段漏水，無法計(jì)算滲透系數(shù)，孔口水位每分鐘下降80 cm。

復(fù)檢孔J01和J02孔分兩段進(jìn)行注水試驗(yàn)，第1段0～8 m，第2段8 m～孔段，無漏水現(xiàn)象，滲透系數(shù)(K)為1.56×10-6cm/s～5.69×10-6cm/s之間，裂縫處理灌漿效果明顯。

5 結(jié) 論

采用綜合物探方法，包括鉆孔取芯、單孔聲波，全孔壁數(shù)字成像和注水試驗(yàn)等，對蘇洼龍水電站上游圍堰修復(fù)前后防滲墻體混凝土質(zhì)量進(jìn)行檢測，實(shí)踐證明：

(1)防滲墻體混凝土存在缺陷異常體時(shí)，可利用鉆孔進(jìn)行綜合物探方法進(jìn)行混凝土質(zhì)量檢測，檢測孔也可作為處理孔。

(2)綜合物探方法可準(zhǔn)確評價(jià)防滲墻體混凝土質(zhì)量，精確檢測出受損混凝土缺陷位置，并分析規(guī)模大小，對施工處理起到關(guān)鍵的指導(dǎo)作為。通過缺陷處理前后對比檢測，可客觀評價(jià)處理效果。

(2)綜合物探方法檢測的主要特點(diǎn)是準(zhǔn)確、高效，直觀，本次檢測所取得的經(jīng)驗(yàn)可用于類似的工程，并會在以后的工程實(shí)踐中不斷完善和提高。