雷英成，張伯韜，王 剛

(1.四川中水成勘院工程物探檢測(cè)有限公司，四川 成都 610072；2.國(guó)電大渡河猴子巖水電建設(shè)有限公司，四川 康定 626005；3.中國(guó)石油東方地球物理勘探有限責(zé)任公司研究院，四川 成都 610051)

1 工程概況

猴子巖水電站兩岸壩基及下伏巖性為泥盆系下統(tǒng)第①～⑩巖組的厚層～巨厚層狀、局部薄層狀的白云質(zhì)灰?guī)r、變質(zhì)灰?guī)r，夾含絹云母變質(zhì)灰?guī)r等，巖石堅(jiān)硬較完整。左岸壩肩巖體透水率q≤3 Lu水平埋深分別為：左岸低高程1 710 m處為430 m，中高程1 770 m處為440 m，壩頂高程1 850 m處為410 m。河床地基巖石較完整，風(fēng)化較弱，鉆孔揭示未發(fā)現(xiàn)深部溶蝕裂隙、溶孔，趾板基巖面以下0～50 m巖體透水率q≥ 10 Lu；50～130 m巖體透水率q為3～10 Lu；透水率q≤3 Lu的垂直深度約130 m。右岸壩肩巖體透水率q≤3 Lu水平埋深分別為：右岸低高程1 710 m處為170 m，中高程1 770 m處為320 m，壩頂高程1 850 m處為370 m[1]。

帷幕灌漿分大壩和廠區(qū)2個(gè)部分。大壩帷幕灌漿孔深按伸入透水率q≤3 Lu基巖控制，采用雙排孔，排距1.2 m，孔距2 m，按梅花形布置；帷幕與洞室相交處、上下層帷幕之間布置搭接帷幕[2]。帷幕灌漿后的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)：大壩帷幕巖體的透水率q≤3 Lu，廠區(qū)帷幕巖體的透水率q≤1 Lu。

2 檢測(cè)方法

2.1 壓水試驗(yàn)

壓水試驗(yàn)檢測(cè)是檢查帷幕質(zhì)量最直接、最直觀的方法。猴子巖水電站第三方壓水檢查不合格孔段一般是結(jié)構(gòu)面和裂隙發(fā)育，裂隙內(nèi)充填差或充填物軟導(dǎo)致，該孔段失水速度較之前孔段有明顯增加，若某單元第三方壓水試驗(yàn)不合格，則該單元作返工補(bǔ)強(qiáng)處理，處理后再進(jìn)行檢查，直到合格為止。為做到客觀公正評(píng)價(jià)帷幕質(zhì)量，壓水試驗(yàn)過程作了如下把控：

(1)鉆孔。鉆孔的布置由業(yè)主組織設(shè)計(jì)、監(jiān)理、第三方根據(jù)帷幕灌漿施工及檢查情況現(xiàn)場(chǎng)確定，一般布置在薄弱部位。開鉆前保證鉆機(jī)安裝平整穩(wěn)固，用水平尺檢查鉆機(jī)立柱在設(shè)計(jì)角度上開孔。第三方檢查孔采用全孔測(cè)斜， 5～10 m測(cè)量1次孔斜，嚴(yán)格控制20 m以內(nèi)的偏差；之后一般每20 m孔段測(cè)量1次，確保鉆孔孔斜滿足設(shè)計(jì)要求。鉆孔過程中做好鉆孔操作的詳細(xì)記錄，包括試驗(yàn)段起止深度、地下水位、失水速度、軟弱夾層、斷層、水壓、鉆孔壓力、芯樣長(zhǎng)度等。

(2)沖洗。檢查孔在壓水試驗(yàn)前進(jìn)行裂隙沖洗，沖洗至回水清凈時(shí)止或不大于20 min。沖洗水壓采用80%的灌漿壓力，并不大于1 MPa。

圖1 同一鉆孔全景圖像

(3)壓水。壓水試驗(yàn)在裂隙沖洗后進(jìn)行，檢查孔采用單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)。壓水試驗(yàn)水泵保證在所有壓力下都有足夠的供水量，并保證壓力穩(wěn)定，出水均勻，工作可靠。自動(dòng)記錄儀在業(yè)主的見證下每月1日進(jìn)行率定并簽字確認(rèn)，進(jìn)回漿流量誤差控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)。在記錄儀數(shù)據(jù)線接口、面板、流量計(jì)、壓力傳感器等部位貼專用封條，防止記錄儀線路出現(xiàn)破損。檢查孔壓水試驗(yàn)采用自上而下分段鉆孔、分段壓水的方法進(jìn)行。在穩(wěn)定的壓力下，每3～5 min測(cè)讀1次壓入流量，連續(xù)4次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1 L/min，以最終讀數(shù)計(jì)算巖體透水率q。帷幕灌漿檢查孔壓水試驗(yàn)壓力采用80%周邊帷幕灌漿孔相應(yīng)段次最大灌漿壓力，并不小于1.0 MPa，不超過2.0 MPa；搭接帷幕檢查孔壓水試驗(yàn)壓力采用1.0 MPa。

(4)封孔。檢查孔采用自下而上分段灌漿法灌漿后，采用全孔灌漿法封孔。

2.2 全景圖像

智能鉆孔全景圖像成像儀是一種能直接存儲(chǔ)地下鉆孔孔壁圖像的檢測(cè)設(shè)備，其采用先進(jìn)的數(shù)字圖像采集與處理技術(shù)，配合高效圖像處理算法，可保證全景圖像實(shí)時(shí)自動(dòng)采集。猴子巖水電站全景圖像檢測(cè)在帷幕灌漿質(zhì)量控制中解決了以下2個(gè)問題：

(1)準(zhǔn)確分析鉆孔內(nèi)裂隙的條數(shù)、分布、寬度、產(chǎn)狀、裂隙內(nèi)充填等信息。針對(duì)灌前先導(dǎo)孔裂隙發(fā)育孔段，在施工過程中，重點(diǎn)對(duì)該施工單元相應(yīng)孔段作好灌漿過程把控，同時(shí)也是相應(yīng)孔段單位耗灰量的佐證。針對(duì)施工檢查孔內(nèi)個(gè)別無(wú)水泥充填的裂隙，應(yīng)結(jié)合聲波、壓水?dāng)?shù)據(jù)、孔內(nèi)失水速度等綜合評(píng)價(jià)帷幕質(zhì)量；若需要補(bǔ)強(qiáng)則進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)后再進(jìn)行復(fù)檢，確保帷幕質(zhì)量；同時(shí)，確保施工自檢孔在壓水檢查過程中孔內(nèi)無(wú)異常水泥漿液。裂隙的寬度也可以結(jié)合同一灌漿單元檢查孔的水泥結(jié)石寬度進(jìn)行分析。圖1為同一鉆孔孔深10、100 m的全景圖像。從圖1可知，巖體強(qiáng)度低時(shí)，鉆孔過程中鉆桿對(duì)孔壁的擾動(dòng)作用較大，在感觀上夸大了裂隙的條數(shù)和寬度，在全景圖像分析時(shí)應(yīng)引起注意。

(2)分析評(píng)價(jià)帷幕灌漿效果。帷幕檢查孔裂隙內(nèi)普遍有水泥漿液充填并形成水泥結(jié)石，表明灌漿取得了比較好的效果。裂隙內(nèi)有水泥結(jié)石充填與多方面因素有關(guān)，如施工區(qū)域內(nèi)裂隙的發(fā)育情況、裂隙的連通性、裂隙的產(chǎn)狀、是否按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工等。猴子巖水電站廠區(qū)帷幕巖體總體較好，多為整體狀或厚層狀灰?guī)r，裂隙少量發(fā)育，總體檢查孔內(nèi)水泥結(jié)石較少，屬正?，F(xiàn)象。壩區(qū)帷幕巖體為灰?guī)r，巖溶或溶蝕現(xiàn)象少見，裂隙較發(fā)育，可灌性好，鉆孔內(nèi)水泥結(jié)石較為普遍。圖2是猴子巖水電站壩區(qū)帷幕典型的水泥結(jié)石圖像。從圖2可以看出，裂隙內(nèi)結(jié)石多次充填現(xiàn)象明顯，呈夾心狀，顏色上有明顯的層次感；裂隙網(wǎng)內(nèi)水泥結(jié)石充填很好；軟弱夾層中的寬大水泥結(jié)石呈多次充填，水泥結(jié)石寬度達(dá)5 cm以上；細(xì)微裂隙網(wǎng)內(nèi)水泥結(jié)石充填效果好，0.2～0.5 mm寬度裂隙內(nèi)也見水泥結(jié)石高度充填。

圖2 壩區(qū)帷幕典型的水泥結(jié)石

2.3 聲波檢測(cè)

單孔聲波檢測(cè)是檢驗(yàn)防滲帷幕質(zhì)量的重要手段之一，單孔聲波成果是對(duì)帷幕灌漿巖體力學(xué)參數(shù)、完整程度及灌漿效果評(píng)價(jià)的重要定量指標(biāo)。先導(dǎo)孔和檢查孔單孔聲波曲線可客觀對(duì)比分析大壩帷幕低波速結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀和帷幕灌漿對(duì)防滲能力改善情況。猴子巖水電站巖性為灰?guī)r，巖塊波速為6 700 m/s，一般完整巖體的波速介于5 800～6 200 m/s之間，較完整巖體的波速介于5 000～5 800 m/s之間，較破碎巖體波速一般介于在3 000～4 000 m/s之間，在聲波曲線形態(tài)上呈現(xiàn)鋸齒狀變化，稱為低波速巖體(波速4 000 m/s對(duì)應(yīng)巖體完整性系數(shù)kv約為0.35)。

3 灌漿質(zhì)量分析

根據(jù)帷幕灌漿第三方壓水檢查成果，結(jié)合單孔聲波曲線和鉆孔全景圖像綜合對(duì)比分析，相互印證檢測(cè)資料的正確性、一致性和可靠性。圖3為猴子巖水電站帷幕灌漿鉆孔壓水、全景圖像和單孔聲波檢測(cè)成果對(duì)比分析圖，包含壓水試驗(yàn)段裂隙內(nèi)水泥結(jié)石充填明顯和無(wú)充填的2種情況。

3.1 鉆孔壓水與全景圖像

從圖3可知，鉆孔壓水透水率與全景圖像呈很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。15～20 m孔段內(nèi)見5條明顯水泥結(jié)石，最大水泥結(jié)石寬度5 cm，其對(duì)應(yīng)的鉆孔壓水透水率約為0.5 Lu，小于3 Lu的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；相反，110～115 m孔段內(nèi)見6～7處裂隙，裂隙寬度一般3～5 mm，寬者達(dá)2～3 cm，且裂隙內(nèi)無(wú)充填或者充填差，該孔段壓水透水率為4.4 Lu，大于3 Lu的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但小于4.5 Lu，同時(shí)該孔段孔口失水速度約5 m/mim。最后，該單元結(jié)合第三方檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)處理。

3.2 鉆孔壓水與單孔聲波

(1)宏觀對(duì)比。從圖3可知，鉆孔壓水透水率與單孔聲波波速呈很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。10～25 m孔段聲波曲線形態(tài)上規(guī)整，聲波波速一般在5 500～6 000 m/s之間，未見低波速異常孔段，其對(duì)應(yīng)的鉆孔壓水透水率為0.2～0.5 Lu，小于3 Lu的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；相反， 105～120 m孔段共壓水3段，105～110、115～120 m孔段單孔聲波曲線形態(tài)上規(guī)整，聲波波速一般在6 000 m/s左右，未見低波速異?？锥?，其對(duì)應(yīng)的鉆孔壓水透水率為0.2～0.7 Lu，小于3 Lu的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；但110～115 m孔段單孔聲波曲線呈現(xiàn)明顯的鋸齒狀低波速，聲波波速在3 500～6 000 m/s之間，該孔段壓水透水率為4.4 Lu，大于3 Lu的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但小于4.5 Lu。

(2)定量對(duì)比。對(duì)猴子巖水電站各部位帷幕灌漿灌后檢查孔聲波低波速小于4 000 m/s所占百分比與該部位壓水試驗(yàn)平均透水率值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，透水率與聲波波速關(guān)系表1。透水率與聲波波速定量關(guān)系見圖4。從圖4可知，兩者有較好的相關(guān)性，其線性回歸方程為y=0.897 2x。

圖3 鉆孔壓水試驗(yàn)、全景圖像和單孔聲波對(duì)比

3.3 單孔聲波與全景圖像

從圖3可知，單孔聲波波速與全景圖像呈很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。15～20 m孔段內(nèi)見5條明顯水泥結(jié)石，最大水泥結(jié)石寬5 cm，聲波曲線形態(tài)上規(guī)整，聲波波速一般在5 500～6 000 m/s之間，未見低波速異?？锥危幌喾?， 110～115 m孔段內(nèi)見6～7處裂隙，裂隙寬一般3～5 mm，寬者達(dá)2～3 cm，且裂隙內(nèi)無(wú)充填或者充填差，聲波曲線呈現(xiàn)明顯的鋸齒狀，聲波波速在3 500 ～6 000 m/s之間。

猴子巖水電站鉆孔典型全景圖像見圖5。從圖5可知，大壩帷幕低波速孔段產(chǎn)生原因?yàn)椋孩倭严都捌扑閹?nèi)無(wú)充填或充填差；②裂隙內(nèi)有水泥結(jié)石充填，但裂隙下緣巖體在鉆桿的擾動(dòng)下掉塊；③鉆孔孔壁完整，但巖體強(qiáng)度相對(duì)較低，孔壁巖體在鉆桿的擾動(dòng)下嚴(yán)重掉塊；④鉆孔內(nèi)巖體巖性發(fā)生變化，尤其是左岸趾板灰?guī)r巖體中局部夾含絹云母變質(zhì)灰?guī)r。

表1 透水率與聲波波速關(guān)系

圖4 透水率與聲波波速定量關(guān)系

圖5 鉆孔典型全景圖像

事實(shí)上，帷幕的主要作用是防滲，②、③、④這3種情況可以考慮帷幕防滲效果是良好的。針對(duì)先導(dǎo)孔因裂隙及破碎帶導(dǎo)致的低波速孔段，在施工過程中，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)該施工單元相應(yīng)孔段作好灌漿過程把控；施工方自檢孔低波速孔段可能反映出大壩帷幕灌漿效果的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)結(jié)合全景圖像和鉆孔壓水試驗(yàn)綜合分析，有針對(duì)性地在薄弱環(huán)節(jié)上布置第三方檢查孔，對(duì)大壩帷幕灌漿質(zhì)量進(jìn)行復(fù)核和查漏補(bǔ)缺。

4 灌漿質(zhì)量評(píng)價(jià)

猴子巖水電站大壩帷幕和廠區(qū)帷幕共鉆孔壓水檢測(cè)199個(gè)單元，合格199個(gè)單元[3]。其中，10個(gè)單元是經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)處理后復(fù)檢合格的。帷幕檢查孔裂隙內(nèi)呈現(xiàn)充填率高、裂隙內(nèi)水泥結(jié)石多、多次充填現(xiàn)象明顯、裂隙網(wǎng)和軟弱夾層內(nèi)見水泥結(jié)石充填、細(xì)微裂隙內(nèi)見水泥結(jié)石充填等特征；聲波曲線總體較平穩(wěn)，平均波速一般大于5 600 m/s，波速大于5 000 m/s的測(cè)點(diǎn)所占的比例大于90%，局部少量低波速段壓水試驗(yàn)透水率滿足設(shè)計(jì)要求。檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過帷幕灌漿后，猴子巖水電站帷幕防滲效果總體較好，大壩帷幕巖體的透水率q≤3 Lu，廠區(qū)帷幕巖體的透水率q≤ 1 Lu。結(jié)合蓄水后量水堰滲流量監(jiān)測(cè)值，猴子巖水電站大壩及廠區(qū)帷幕起到良好的防滲阻水作用[4-5]。

5 結(jié) 語(yǔ)

猴子巖水電站帷幕灌漿質(zhì)量檢測(cè)、分析、評(píng)價(jià)采取了鉆孔壓水試驗(yàn)、全景圖像分析和單孔聲波檢測(cè)等物探方法。本文對(duì)猴子巖水電站帷幕灌漿質(zhì)量管控要點(diǎn)進(jìn)行了分析，印證了帷幕灌漿質(zhì)量檢測(cè)資料的正確性、一致性和可靠性。物探檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過帷幕灌漿后，猴子巖水電站帷幕防滲效果總體較好，結(jié)合蓄水后量水堰滲流量監(jiān)測(cè)值，大壩及廠區(qū)帷幕起到良好的防滲阻水作用。