(云南省紅河州水利水電勘察設(shè)計(jì)研究院， 云南 蒙自 661100)

近年來，隨著水利事業(yè)迅猛發(fā)展，聲波檢測技術(shù)已逐漸成為地質(zhì)勘察工作的主要方法之一。本文介紹了運(yùn)用鉆孔內(nèi)單孔聲波法和平硐內(nèi)跨孔聲波法，分析、確定壩基巖體風(fēng)化界線和巖溶發(fā)育范圍，為工程設(shè)計(jì)提供了充足的參考依據(jù)。

1 工程概況

螞蚱沖水庫工程位于云南省蒙自市東部山區(qū)，距蒙自23km。2011年5月14日，該工程開工，2011年12月13日，完成壩址區(qū)地勘工作。壩址區(qū)出露的地層巖性為寒武系中統(tǒng)(∈2)：深灰、灰黑色白云巖，中薄層狀結(jié)構(gòu)，一般單層厚2～10cm，節(jié)理較發(fā)育，連通性較好，巖溶中等發(fā)育。巖塊錘擊聲音沉悶，易碎，巖體強(qiáng)度較差。鉆孔巖芯普遍較破碎，給地質(zhì)編錄和風(fēng)化界線的確定，帶來了較大困難。本次在鉆孔和平硐中進(jìn)行聲波檢測試驗(yàn)，主要目的是結(jié)合鉆孔與平硐，分別從垂直方向和水平方向，對(duì)壩基和壩肩巖體的風(fēng)化程度、節(jié)理裂隙、巖溶發(fā)育情況、巖體的完整性進(jìn)行校核和修正。

2 聲波檢測基本原理

聲波測試是彈性波測試方法中的一種，其理論基礎(chǔ)建立在固體介質(zhì)中彈性波的傳播理論上，該方法是以人工激振的方法向介質(zhì)(巖石、巖體、混凝土構(gòu)筑物)發(fā)射聲波，在一定的空間距離內(nèi)接收介質(zhì)物理特性調(diào)制的聲波，通過觀測和分析聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度、振幅、頻率等聲學(xué)參數(shù)，解決一系列巖土工程中的有關(guān)問題。

由于介質(zhì)的聲學(xué)性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，地質(zhì)體因巖性、結(jié)構(gòu)特征、力學(xué)性能等因素，形成不同的聲學(xué)特征。聲波在巖石中傳播的速度是有一定范圍的，當(dāng)傳播路徑遇到缺陷(如斷裂構(gòu)造、節(jié)理裂隙、軟弱夾層等)時(shí)，聲波要繞過缺陷或在傳播速度較慢的介質(zhì)中通過，聲波將發(fā)生衰減，造成傳播時(shí)間延長，使聲時(shí)增大、計(jì)算聲速降低、波幅減小、波形畸變。因此利用超聲波在巖石中傳播的這些聲學(xué)參數(shù)的變化，來分析判斷巖石的風(fēng)化程度、完整性等。

檢測方法有單孔聲波法和跨孔聲波法。單孔聲波法是在一個(gè)測孔內(nèi)進(jìn)行，由一個(gè)發(fā)射探頭和兩個(gè)接收探頭組成，可測試到發(fā)射探頭周圍巖體一定范圍內(nèi)的聲波值。跨孔聲波法是在兩個(gè)測孔內(nèi)進(jìn)行，由一個(gè)發(fā)射探頭和一個(gè)接收探頭組成，可測試到兩探頭之間巖體的聲波值。如圖1所示。

圖1 聲波檢測示意

3 聲波檢測現(xiàn)場試驗(yàn)

3.1 鉆孔內(nèi)巖體縱波速現(xiàn)場檢測

螞蚱沖水庫壩軸線上布置7個(gè)鉆孔，最大橫斷面上布置4個(gè)鉆孔，根據(jù)壩基巖土體分布情況，挑選了其中的ZK1、ZK2、ZK3、ZK4、ZK5、ZK8、ZK9共7個(gè)鉆孔進(jìn)行鉆孔內(nèi)巖體縱波速現(xiàn)場檢測，其位置詳見圖2。

圖2 壩址區(qū)聲波檢測試驗(yàn)平面布置

鉆孔內(nèi)聲波檢測使用非金屬聲波測試儀，從每個(gè)測試孔自上而下以50cm為單位逐級(jí)向壩基深部測試，采用單發(fā)雙收。然后自下而上以50cm為單位由孔底逐級(jí)向孔口復(fù)核，以保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確率。部分鉆孔由于孔口破碎，使用套管固孔，所以測試點(diǎn)位自套管以下開始。

3.2 平硐內(nèi)巖體縱波速現(xiàn)場檢測

螞蚱沖水庫壩址區(qū)布置6個(gè)平硐，根據(jù)壩基巖土體分布情況，決定對(duì)全部平硐進(jìn)行平硐內(nèi)巖體縱波速現(xiàn)場檢測。由于3號(hào)平硐內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎，聲波孔無法飽水致使聲波測試無法進(jìn)行，故只對(duì)其余1、2、4、5、6號(hào)硐進(jìn)行了聲波測試。其位置詳見圖2。

平硐內(nèi)聲波檢測使用非金屬聲波測試儀，測試孔自平硐口向平硐內(nèi)以50cm為單位逐級(jí)水平向布置，利用風(fēng)鉆造孔，孔深1.0m。測試時(shí)采用單發(fā)單收，然后自內(nèi)而外由硐底逐級(jí)向硐口復(fù)核，以保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確率。

4 聲波檢測試驗(yàn)內(nèi)業(yè)整理及成果分析

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 50487—2008)附錄H(巖體風(fēng)化帶劃分)，本工程從PD2和PD4內(nèi)，取出4塊新鮮巖石進(jìn)行波速值收集，經(jīng)算術(shù)平均后波速為4480m/s，與之對(duì)應(yīng)的各風(fēng)化帶劃分聲波值見下表：

壩軸平硐內(nèi)新鮮基巖聲波測試值與巖體風(fēng)化帶劃分聲波值對(duì)應(yīng)表

經(jīng)檢測，各鉆孔、各平硐聲波測試曲線分別見圖3、圖4。

圖3 各鉆孔聲波測試曲線

圖4 各平硐聲波測試曲線

從此次聲波試驗(yàn)來看，壩基基巖強(qiáng)風(fēng)化埋深0～30.3m，弱風(fēng)化埋深10.8～60.3m。基巖弱、微風(fēng)化層巖溶較發(fā)育，溶蝕孔隙的出現(xiàn)導(dǎo)致波速衰減明顯，巖體整體性差，存在滲漏通道。

螞蚱沖水庫采用黏土心墻風(fēng)化料壩和漿砌石重力壩兩種壩型進(jìn)行方案比較。由聲波檢測成果看出，壩基弱風(fēng)化埋深較深，作漿砌石重力壩設(shè)計(jì)時(shí)，壩基開挖工程量非常大，因此，最終選用黏土心墻風(fēng)化料壩，壩基持力層為埋深較淺的強(qiáng)風(fēng)化層。同時(shí)，壩基防滲帷幕灌漿底界深度超過巖溶較發(fā)育區(qū)為止。

5 結(jié) 語

鉆孔內(nèi)聲波檢測可在垂直方向反映壩基巖體卸荷、構(gòu)造、裂隙和巖溶的發(fā)育情況。平硐內(nèi)聲波檢測則是在水平方向反映壩基巖體斷裂構(gòu)造、裂隙和巖溶的發(fā)育情況。兩種方法都在壩基檢測工作中發(fā)揮著不同的作用，而且能夠快速、較精確地得出結(jié)論，是目前水利水電工程勘察方法多樣性的補(bǔ)充，為水工設(shè)計(jì)提供了重要的參考依據(jù)。

1 袁志亮, 吳治平. 聲波測井巖石波速統(tǒng)計(jì)分析[J]. 物探化探計(jì)算技術(shù), 2007, 29(增刊):144-147.

2 韓來聚, 李祖奎,等. 碳酸鹽巖地層巖石聲學(xué)特性的試驗(yàn)研究與應(yīng)用[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2004, 23(14):2444-2447.

3 陳忠憲, 石明. 地震波速法和聲波法在銀盤江水電站壩基檢測中的綜合應(yīng)用[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì), 2012, 39(5):78-82.

4 付玉軍, 謝連生. 超聲波法檢測橋梁樁基的探討[J]. 湖南交通科技, 2006, 32(2):90-92.

5 紅河州水利水電勘察設(shè)計(jì)研究院. 蒙自市螞蚱沖水庫可行性研究報(bào)告[R]. 蒙自:紅河州水利局, 2012.