综合物探方法在苏洼龙水电站上游围堰混凝土防渗墙质量检测中的应用

唐 明 武， 杜 爱 明， 李 亚 雄

(1.华电金沙江上游水电开发有限公司苏洼龙分公司，四川 巴塘 627650；2.云南华昆水电水利科学研究有限公司，云南 昆明 650100)

1 概 述

混凝土防渗墙作为透水地基的一种可靠的垂直防渗设施，在水利水电工程中已经得到了广泛的应用[1-2]，塑性混凝土防渗墙工程作为一个隐蔽工程，如何真实有效地反映施工质量是一个重要课题。苏洼龙水电站上游防渗墙受2018年“11·03”白格堰塞湖形成的洪水影响，部分墙体受损，受损段经修复后需要进行质量检测。采用综合物探方法，包括钻孔取芯、单孔声波，全孔壁数字成像和注水试验等，检测苏洼龙水电站上游围堰修复后防渗墙体混凝土质量，目的是判断修复后的防渗墙混凝土墙体以及盖帽混凝土是否还有受损情况，确定损坏范围，抽检新浇筑混凝土与老混凝土结合情况，判断防渗墙混凝土透水情况以及分布范围。对检测发现的防渗墙混凝土缺陷进行处理，并对处理后的混凝土缺陷进行复检。通过综合物探方法对混凝土防渗墙的质量进行检测，说明该方法在围堰防渗墙工程质量检测中的有效性，对混凝土防渗墙的施工质量可以直观、可靠地进行评价[3-5]。

苏洼龙水电站位于金沙江上游河段四川巴塘县和西藏芒康县的界河上，为金沙江上游水电规划13个梯级电站的第10级。上游围堰两岸大部分基岩裸露，河床部位覆盖层深厚，覆盖层主要由第四系冲洪积、堰塞湖积和冰积层组成，基岩主要为印支期黑云斜长花岗岩(γβ51-c)，系侵入岩体，与围岩呈断层接触或裂隙接触，花岗岩体呈NNW向展布。上游围堰防渗墙施工平台高程为2 393.0 m，防渗墙轴线长度394.12 m，混凝土防渗墙最大深度87 m，厚度1.0 m，防渗墙体混凝土为C5W8塑性混凝土，设计伸入基岩1.0 m。洪水后混凝土防渗墙部分墙体受损，主要受损段为K0+140～K0+247，共计107 m左右。混凝土受损后进行修复，修复混凝土设计强度C20。

2 现场检测技术

2.1 单孔声波和跨孔声波

声波检测依据均弹性波理论，在检测中把基础岩体均视为弹性介质。弹性介质是当动应力不超过介质的弹性极限时，则产生弹性波，波的传播符合弹性波物理基本理论。

当基础岩体局部存在节理、裂隙、软弱夹层、断层等不利因素，或混凝土坝体中存在缺陷时，不连续的介质内往往被空气、水分等其他物质充填，由于波阻抗差异较大，弹性波通过复杂的波阻抗面时，必然会发生散射和绕射。因此，与完整的基础岩体相比，在有对工程不利因素的基础岩体中，弹性波的传播速度偏低，接收信号的首波振幅也低，波形发生畸变。因岩石和混凝土的抗压强度与弹性波的传播速度之间存在着良好的统计相关性，故而，根据弹性波的传播速度、首波振幅以及波形的畸变等参数就可综合评定出防渗墙体混凝土质量的好坏。

声波检测分单孔声波和跨孔声波两种：单孔声波检测在一个孔中进行，一般采用一发双收方式进行检测；跨孔声波在两个孔中进行测试，其中一个孔放置发射换能器，另一个放置接收换能器，有水平同步测试、斜同步测试等。

2.2 全孔壁数字成像

全孔壁数字成像系统是利用井下摄像探头，通过锥形反光镜摄取孔壁四周的连续图像，利用图像采集和处理系统，通过计算机自动控制采集孔壁图像，并进行展开、拼接处理，形成钻孔全孔壁柱状剖面连续图像。该系统采集的图像清晰度高，后期处理功能强，可提供全孔壁展开图、岩芯柱状图和素描图。可利用罗盘方位测量裂隙产状，根据图像步长计算裂隙宽度。图像展开时以“N”方向为起止点全孔壁数字成像仪典型测试成果见图1。

图1 全孔壁数字成像仪典型测试成果示意图

2.3 注水试验

注水试验是指向钻孔或试坑内注水，通过定时量测注水量、时间、水位等相关参数，测定目的层介质渗透系数的试验。本次主要采用钻孔注水试验，通常有降水头法、常水头法和变水头法3种。

2.3.1 降水头法

降水头法适用于地下水水位以上或以下的粉土、砂土及渗透性不大的碎石土。其操作要点是向孔内注清水，使管内水位高出试验目的层和地下水水位，之后跟踪观测水位下降过程，定时记录水位下降值及注入水量。

2.3.2 常水头法

常水头法适用于地下水水位以下渗透性较强的土层，其操作要点是注水使管中水位高出地下水水位并保持固定，定时记录注水时间和注水量。

2.3.3 变水头法

变水头法可视为上述2种方法的结合。其操作要点是分3次抬高水头并保持固定，定时观测流量。

3 孔位布置

上游围堰修复后防渗墙K0+140～K0+247段共布置10个初检孔，2个复检测孔，上游复建围堰防渗墙检测孔位布置见图2，其中K0+130～K0+140段为盖帽混凝土未受损段，布置了2个初检孔，K0+140～K0+247段为盖帽混凝土受损段，混凝土修复后布置了8个初检孔。为检测混凝土缺陷处理效果，初检孔ZK04(桩号K0+199)靠左岸位置1 m处布置复检孔J01，初检孔ZK08(桩号K0+223)靠右岸位置1 m处布置复检孔J02。

图2 上游围堰复建围堰防渗墙检测孔位布置示意图

4 检测成果

4.1 单孔声波检测成果

本次对苏洼龙水电站上游围堰修复后的防渗墙ZK01～ZK10共10个初检孔、J01～J02共2个复检孔进行单孔声波测试，经对相关数据分析处理，上游围堰修复后防渗墙单孔声波检测成果统计见表1。

表1 上游围堰修复后防渗墙单孔声波检测成果统计表

从表中可看出，初检孔ZK01～ZK10波速平均值在2.41～3.35 km/s之间，波速差异的主要原因在于测试孔段混凝土波速的差异，原防渗墙混凝土(老混凝土)与修复后混凝土(新混凝土)之间波速的差异大。ZK02、ZK04和ZK08共3个孔存在相对低速异常段，分别是：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。

裂缝灌浆处理后复检孔J01～J02平均波速在2.81～3.01 km/s之间，J01相对低波段在13.4～14.4 m之间，J02相对低波速段在12.4～12.8 m之间。

4.2 全孔壁数字成像检测成果

本次对上游围堰修复后防渗墙ZK01～ZK10共10个初检孔、J01～J02共2个复检孔进行单孔声波测试，经对相关数据处理分析，上游围堰修复后防渗墙全孔壁数字成像检测成果统计见表2。

表2 上游围堰修复后防渗墙全孔壁数字成像检测成果统计表

从表中可看出，初检孔ZK01～ZK10孔壁大多数比较完整，其中：ZK01孔深4.2～4.4 m处局部破碎；ZK04孔深11.0 m处有裂缝发育，缝宽16.650 mm，倾角16°；ZK08孔深1.7～2.1 m孔壁粗糙，8.4 m处有裂缝，缝宽14.054 mm。裂缝灌浆处理后：ZK04复检孔J01在10.5～10.6 m处有裂缝，缝宽12.59 mm，可见水泥浆充填；ZK08复检孔J02在6.9～7.0 m处有裂缝，缝宽13.2 mm，可见水泥浆充填。ZK04孔以及该孔的复检孔J01、ZK08孔以及该孔的复检孔J02裂缝全孔壁数字成像图(图3)。

ZK08孔(图左，11.0 m处裂缝)和J01孔(图右，深10.5～10.6 m处裂缝) ZK08孔(图左，11.0 m处裂缝)和J01孔(图右，10.5～10.6 m处裂缝)

从检测结果分析，上游围堰修复后防渗墙混凝土整体较完整，ZK01孔深4.2～4.4 m处局部破碎，所有检测孔新老混凝土结合(除ZK0外)结合都比较紧密。在老混凝土中共发现2条裂缝，其中：ZK04与J01在同一槽段，所发现裂缝为同一条裂缝，裂缝发育方向为左岸高，右岸低，倾角26°左右，综合分析此裂缝没有跨槽段；ZK08与J02在同一槽段，所发现裂缝为同一条裂缝，裂缝发育方向为左岸低，右岸高，倾角54°左右，综合分析此裂缝没有跨槽段。

4.3 注水试验检测成果

初检孔ZK01～ZK02孔0～6 m段进行注水试验，渗透系数(K)为1.11×10-6～1.34×10-6cm/s之间；ZK03～ZK10孔分两段进行注水试验，第1段0～8 m，第2段8 m～孔段，渗透系数(K)为1.23×10-6～8.45×10-6cm/s之间，其中：ZK04孔深8～15 m段漏水，无法计算渗透系数，孔口水位每分钟下降83 cm；ZK08孔深8～15 m段漏水，无法计算渗透系数，孔口水位每分钟下降80 cm。

复检孔J01和J02孔分两段进行注水试验，第1段0～8 m，第2段8 m～孔段，无漏水现象，渗透系数(K)为1.56×10-6cm/s～5.69×10-6cm/s之间，裂缝处理灌浆效果明显。

5 结 论

采用综合物探方法，包括钻孔取芯、单孔声波，全孔壁数字成像和注水试验等，对苏洼龙水电站上游围堰修复前后防渗墙体混凝土质量进行检测，实践证明：

(1)防渗墙体混凝土存在缺陷异常体时，可利用钻孔进行综合物探方法进行混凝土质量检测，检测孔也可作为处理孔。

(2)综合物探方法可准确评价防渗墙体混凝土质量，精确检测出受损混凝土缺陷位置，并分析规模大小，对施工处理起到关键的指导作为。通过缺陷处理前后对比检测，可客观评价处理效果。

(2)综合物探方法检测的主要特点是准确、高效，直观，本次检测所取得的经验可用于类似的工程，并会在以后的工程实践中不断完善和提高。