综合物探检测方法在重力坝建基面检测中的应用

朱正君 黄晓应 许振奎

综合物探检测方法在重力坝建基面检测中的应用

朱正君 黄晓应 许振奎

（四川中水成勘院工程勘察公司 四川成都 610072）

重力坝是主要依靠坝体自重所产生的抗滑力来满足稳定性要求的挡水建筑物。由混凝土或浆砌石修筑的大体积档水建筑物，一般修建在基岩上。大坝建基面岩体性状与大坝稳定性、坝基应力及变形控制密切相关，所以正确判定大坝建基面岩体质量等级，界定岩体爆破松弛范围和隐伏地质缺陷影响带、抗压强度和弹性模量，对于保证大坝质量、安全是至关重要的。针对重力坝对地质地形条件的要求，应用综合物探检测方法能够切实、高效、科学地辅助解决上述问题。

综合物探检测 重力坝建基面 应用

1 引言

人类筑坝的历史已近5000年，重力坝是出现最早的一种坝型。其结构简单、工作可靠，至今仍是一种被广泛采用的坝型。重力坝是主要依靠坝体自重所产生的抗滑力来满足稳定性要求的挡水建筑物。由混凝土或浆砌石修筑的大体积挡水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整体由若干坝段组成，一般修建在基岩上。重力坝对地质地形条件的要求主要有：（1）具有足够的抗滑能力，满足抗滑稳定的要求；（2）坝基应有足够的抗压强度和与坝体混凝土相适应的弹性模量，有较好的均匀性和完整性；（3）坝基、坝肩应具有良好的抗渗性；（4）两岸山体必须稳定，没有难处理的滑坡体和和潜在的不稳定滑移体。大坝建基面岩体性状与大坝稳定性、坝基应力及变形控制密切相关。因此，正确判定大坝建基面岩体质量等级，界定岩体爆破松弛范围和隐伏地质缺陷影响带、抗压强度和弹性模量，对于保证大坝质量、安全是至关重要的。

针对重力坝对地质地形条件的要求，应用综合物探检测方法能够切实、高效、科学地辅助解决上述问题。本文以官地水电站为例介绍综合物探检测方法在重力坝建基面检测中的应用及其成果。

2 工程概况

官地水电站位于四川省凉山彝族自治州西昌市和盐源县交界的打罗村境内，系雅砻江卡拉至江河口河段水电规划五级开发方式的第3个梯级电站，电站装机容量2400MW。枢纽区属高山峡谷地形，河谷呈基本对称的“V”型，临江坡高大于700m，谷坡较陡峻。坝址区出露地层主要为二叠系上统玄武岩组下段第五层第二小层（P2β 15-2），中-厚层状角砾集块熔岩，灰绿色，坚硬、角砾集块结构，块状构造。坝基岩性较均一，岩质坚硬，岩体较完整。水电站枢纽主要由拦河碾压混凝土重力坝、泄洪消能建筑物、引水发电建筑物等组成，为一等大（1）型工程。拦河坝采用碾压混凝土重力坝，自左至右依次布置左岸挡水坝段、河床溢流坝段（两个中孔分别布置在左、右侧的溢流坝段内）、右岸挡水坝段。拦河坝坝顶高程1334.00m，坝顶长度516.00m，最低建基高程1166.00m，最大坝高168m，最大坝底宽度153.2m。

3 检测布置方式

大坝建基面岩体物探检测采用钻孔声波、钻孔变形模量、承压板和钻孔全景图像测试等物探方法。其目的是控制爆破开挖质量，并检查对坝基浅表部岩体的影响；探测不良地质体的空间分布，确定可利用建基面高程，评价并复核岩体质量是否达到设计的各种物理力学指标.通过长期观测孔波速随时间推移的变化规律，判断坝基岩体卸荷松弛过程及深度，查明边坡岩体开挖松弛卸荷深度范围、软弱结构面发育展布情况。综合考虑岩体类别、坝段分缝、开挖梯段，检查孔采用均匀布置的原则，详见图1。

图1 大坝建基面综合物探检测孔平面布置图

4 岩体爆破损伤检测

大坝建基面的施工爆破开挖必然导致对浅表岩体的损伤影响。为指导施工开挖和加固处理提供依据，需进行爆破损伤检测，以确定爆破前后岩体松弛圈深度及判断岩体损伤程度。按施工技术要求在开挖最后一层爆破时，对建基面进行一次爆前、爆后岩体波速测试，距建基面1m以内段的岩体爆前、爆后波速的衰减率不大于10%，否则为爆破破坏。图2为建基面部分坝段岩体爆破损伤检测成果图。

以右岸部分坝段为例，分析检测成果曲线图。孔口附近一定深度范围岩体的波速值明显低于深部正常岩体波速值，低波速是由于岩体松弛造成的，卸荷松弛深度较均匀，一般位于孔口附近0.6～1.2m之间，松弛岩体声波波速变化范围较大，声波速度曲线起伏较大。统计计算距建基面1m以内段的岩体声波平均速度得出，爆破衰减率在1.0%～11.0%之间，仅RB19-1为爆破破坏。

图2 右岸建基面部分坝段岩体爆破损伤检测成果图

爆破松弛测试结果表现为爆破松弛及短时间应力调整卸荷松弛的综合效应。官地水电站各坝段建基面爆破开挖及短时间应力调整、岩体卸荷松弛深度较均匀，松弛带位于坝基浅表部位，一般位于0.4～3.0m之间，松弛岩体波速变化范围较大，一般在2500～4700m/s，多集中在3000～3500m/s之间。左、右岸坝肩爆前、爆后声波衰减率主要介于3.0%～9.0%之间，爆破开挖质量满足施工技术要求。

5 岩体质量检测

重力坝建基面岩体质量检测以钻孔声波测试为主，辅以适量钻孔变形模量、承压板测试和钻孔全景图像测试，可定量地评价大坝建基面岩体质量工程地质，为建基面开挖后岩体质量验收提供依据。还可研究坝基声波波速与坝基岩体变形模量及围岩类别的对应关系。综合集块熔岩各级岩体声波、钻孔变模、承压板变模及全景图像测试成果、对应关系表见表1及图3。

建基面岩体钻孔声波速度、钻孔变模值、承压板变形模量与岩体风化程度、岩体结构、裂隙发育程度、错动带、破碎带、断层的发育和充填情况及岩体后期的强度松弛等有一定的对应关系，均与其地质条件相吻合。Ⅱ级岩体承压板模量较钻孔模量稍高，Ⅲ1、Ⅲ2级岩体两者的值基本一致。

表1 集块熔岩各级岩体声波、承压板变模、钻孔变模、全景图像对应统计表

图3 集块熔岩各级岩体典型钻孔全景成像

6 钻孔声波与变模的相关关系

声波速度Ⅴp和变模E0都是衡量岩体质量的重要力学指标，均可在钻孔中进行原位测试，它们之间既有联系又有区别。为了建立它们之间的相关关系，以声波速度Ⅴp为横坐标，变模E0为纵坐标作散点图，根据回归方程=a×绘制出建基面岩体钻孔声波速度与钻孔变模的相关关系，见图4。

由图4可知，钻孔变模与声波的相关性较好，且变形模量随着声波速度的增加呈指数关系上升。当变模值小于10.0GPa时（Ⅲ2级及以下岩体），回归曲线的离散度变大。

7 岩体卸荷松弛时效检测

官地水电站高边坡规模大，地质条件复杂，大坝建基面的施工爆破开挖，导致建基面浅表岩体的损伤以及局部高地应力的释放和调整，可能引起坝基岩体卸荷回弹松弛破坏。边坡岩体松弛范围检测以钻孔声波为主，根据波速的变化分析岩体松弛深度，在重点部位布置长观孔以获得声波速度随时间的变化规律。

图4 建基面钻孔变模与声波速度相关关系

以左岸1#～4#坝段为例，布置了4个长观孔，多次测试声波曲线形态基本一致，波速变化不大，岩体声波波速衰减主要集中在4%～10%之间。根据各钻孔测试情况，统计各深度段声波速度随时间变化规律，波速随观测时间变化关系见图5，声波速度曲线成果见图6。

图5 左岸1#～4#坝段长观孔声波速度随时间变化关系

图6 建基面左岸1#～4#坝段长观孔声波速度曲线成果图

建基面长观孔岩体声波波速衰减主要集中在4%～10%之间。其中0～2m段声波衰减率变化稍大，个别坝段衰减率达到11%～13%；2m深度以下岩体声波衰减率较小，且趋于平稳。随观测时间推移，多次测试声波曲线形态基本一致，各坝段卸荷影响深度变化不大，且趋于稳定。

8 结语

综合物探检测方法在官地水电站建基面的应用主要为岩体爆破损伤检测、岩体质量检测、岩体卸荷松弛时效检测。检测以钻孔声波测试为主，辅以适量钻孔全景图像、钻孔变形模量和承压板测试，获得了岩体爆破损伤的松弛圈范围及损伤程度判定，岩体质量的分级评价，钻孔声波与变模的相关关系和岩体卸荷松弛时效的卸荷松弛深度以及其随时间的变化规律等丰富成果，为官地水电站的后续建基面基础处理提供了科学依据，丰富了建基面验收与评价的基础资料。

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10.3969/j.issn.1672-2469.2014.02.022

P631

B

1672-2469（2014）02-0077-04

朱正君（1984年- ），男，助理工程师。