声波法在坝基岩体质量评价中的研究与应用

韩 飞，杨嘉明

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130062）

0 引言

全世界已建的坝高在百米以上的大坝中，大部分是混凝土坝。20 世纪60 年代以后，由于施工技术和机械化有所提高，土石坝的建设技术得到了发展，混凝土坝的比重有所下降。但随着混凝土坝设计理念的不断创新，特别是碾压混泥土筑坝技术的发展，混凝土坝建设开创了更广阔的前景。混凝土坝对地基要求比土石坝高，通常建在地质条件较好的岩基上，对坝基和两岸岸坡岩体完整性的要求更高。岩体完整性好或较好的坝基岩体，其均一性好，岩体的抗变形能力和抗渗透性也好，易于满足混凝土大坝对地基的要求。反之，岩体完整性差的岩体能否作为混凝土大坝的坝基，则需要结合工程的具体情况进行研究。

目前建基岩体质量检测的方法主要有声波法（单孔声波法、跨孔声波法）、钻孔全孔壁数字成像法、浅层地震波折射法、探地雷达法、电磁波CT法、弹性波CT 法等。纵波波速作为评价岩体质量优劣的一项重要指标，因具备检测设备便携检测过程简便、快速、准确、可靠等特点得到了广泛应用与发展。本文通过理论研究与分析工程实例，探讨单孔声波法及跨孔声波法在水电工程建基岩体检测中的应用。

1 检测方法

1.1 单孔声波法

将现场获得的声波波形记录进行读时，将旅行时t1，t2，传入到计算机，即按公式：

式中：t1，t2——收1、收2 换能器的声波旅行时；ΔL——收1 与收2 换能器之间距离；Vpi——收1与收2 换能器之间岩体纵波速度。

计算出各测点的波速Vpi值，根据各测点的波速值，绘制波速分布曲线并计算相应测段的波速平均值，原理示意图详见图1（a）。

1.2 跨孔声波法

将现场获得的声波波形记录进行读时，将跨孔的发射探头至接收探头的旅行时导入计算机，按公式：

式中：t——发射探头至接收探头的旅行时；d——发射探头与接收探头之间距离；Vpi——发射探头与接收探头之间岩体纵波速度。

计算出各测点的波速Vpi值，根据各测点的波速值，绘制波速分布曲线并计算相应测段的波速平均值。原理示意图详见图1（b）。

图1 原理示意图

2 项目概况

大藤峡水利枢纽工程位于珠江流域西江水系的黔江河段末端，是一座以防洪、航运、发电、补水压咸、灌溉等综合利用的流域关键性工程。工程主体包括检修门库坝段、船闸坝段、泄水闸坝段、厂房坝段、挡水坝段等，均为混凝土浇筑而成。基岩岩性为泥盆系下统潮汐相碎屑沉积岩和泥质灰岩、灰岩、白云岩等。为确保建基岩面满足设计要求，将以上水工建筑物划分单元分别布置爆破开挖前后的单孔声波检测和孔间跨孔声波检测。下文以右岸泄水闸闸基9 号坝段上游齿槽为例，将该坝段划分为4 个单元，通过统计、对比、分析，为评价和复核建基岩体质量提供准确资料。

3 工作布置

根据SL 326-2005《水利水电工程物探规程》规定和设计文件的要求，每个单元布置3 个检测孔，呈等边三角形，孔间距为5 m，孔深5 m，检测孔布置示意图详见图2。

图2 检测孔布置示意图

4 检测成果

4.1 单孔声波检测

上游齿槽爆破开挖前单孔声波平均波速为4.99 km/s，爆破开挖后单孔声波平均波速为4.77 km/s，0～2 m 深度波速降低4.48%。爆破影响平均深度为1.1 m，声波检测成果统计见表1、表2。

表1 右岸泄水坝段9号坝段上游齿槽建基面单孔声波测试成果表

表2 右岸泄水坝段9号坝段上游齿槽建基面跨孔声波测试成果表

4.2 跨孔声波检测

爆破前跨孔声波平均波速为4.87 km/s，爆破开挖后跨孔声波平均波速为4.78 km/s，跨孔平均波速降低1.89%。

5 结语

综上分析可知：大藤峡水利枢纽工程右岸泄水闸闸基9 号坝段上游齿槽爆破影响的深度在1.0～1.4 m，平均为1.1 m；基础波速大于3.5 km/s，爆破后波速降低小于10%，满足设计人员对建基岩体波速的要求。

单孔声波爆破开挖前后的波速对比能够反映检测孔附近岩体纵向岩体波速的分布变化情况，跨孔声波爆破开挖前后的波速对比能够反映检测孔间岩体横向的波速变化情况，缺一不可。单孔声波法和跨孔声波法凭借精度高、工期短、成本低的特点，能够快速准确地对比爆破开挖前后建基岩体波速，为建基岩体的质量评价提供可靠的依据，以上两种方法也将在建基岩体的质量检测中发挥更大的作用。