楊嘉明，張松濤，陳立寧

（1.中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長春130062；2.廣西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責(zé)任公司，廣西南寧530299）

0 引言

混凝土壩建基巖體質(zhì)量是否滿足設(shè)計(jì)要求、達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將直接影響工程建設(shè)的安全和經(jīng)濟(jì)，是壩基工程地質(zhì)研究的重要任務(wù)之一。斷層破碎帶、軟弱夾層、裂隙、巖溶等不良地質(zhì)體的存在，會(huì)不同程度地影響壩基巖體質(zhì)量，通常會(huì)進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，而固結(jié)灌漿屬于隱蔽工程。固結(jié)灌漿是利用鉆孔將高標(biāo)號(hào)的水泥漿液或化學(xué)漿液壓入巖體中，進(jìn)而填充或封閉不良地質(zhì)體，加強(qiáng)巖體的完整性，達(dá)到提高巖體強(qiáng)度和剛度的目的，在水電工程的地基、洞室圍巖、邊坡巖體、混凝土等不同工程部位均得到了廣泛的應(yīng)用。為檢測固結(jié)灌漿效果，目前常用的地球物理方法有聲波法（單孔聲波法、跨孔聲波法）、鉆孔全孔壁數(shù)字成像法、鉆孔變形模量法、彈性波層析成像法等。評(píng)價(jià)灌漿質(zhì)量可采用對(duì)比分析法，計(jì)算灌漿前后檢測數(shù)據(jù)的變化值或變化率；也可采用達(dá)標(biāo)法，計(jì)算灌后檢測數(shù)據(jù)的達(dá)標(biāo)率。固結(jié)灌漿質(zhì)量檢測內(nèi)容包括聲波縱波速度，由聲波法測得；變形模量，由鉆孔變形模量法測得；裂隙充填率，由鉆孔全孔壁數(shù)字成像法測得。

1 檢測方法

1）單孔聲波法

將現(xiàn)場獲得的聲波波形記錄進(jìn)行讀時(shí)，將旅行時(shí)t1，t2傳入到計(jì)算機(jī)，即按下式計(jì)算各測點(diǎn)的波速Vpi值：

式中：Vpi——收1與收2換能器之間巖體縱波速度，km/s；△L——收1與收2換能器之間距離，cm；t1，t2——收1，收2換能器的聲波旅行時(shí)，μs。

根據(jù)各測點(diǎn)的波速值，繪制波速分布曲線并計(jì)算相應(yīng)測段的波速平均值，原理示意圖詳見圖1。

圖1 單孔聲波（左）跨孔聲波（右）原理示意圖

2）跨孔聲波法

將現(xiàn)場獲得的聲波波形記錄進(jìn)行讀時(shí)，將跨孔的發(fā)射探頭至接收探頭的旅行時(shí)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，按下式計(jì)算各測點(diǎn)的波速Vpi值：

式中：Vpi——發(fā)射探頭與接收探頭之間巖體縱波速度，km/s；d——發(fā)射探頭與接收探頭之間距離，cm；t——發(fā)射探頭至接收探頭的旅行時(shí)，μs。

根據(jù)各測點(diǎn)的波速值，繪制波速分布曲線并計(jì)算相應(yīng)測段的波速平均值。原理示意圖詳見圖1。

圖1單孔聲波（左）中：T——聲波發(fā)射端；R1——聲波接收端1；R2——聲波接收端2；L——聲波發(fā)射端與聲波接收端1間距；△L——聲波接收端1，2間距；t1——聲波從聲波發(fā)射端到聲波接收端1的旅行時(shí)；t2——聲波從聲波發(fā)射端到聲波接收端2的旅行時(shí)。

圖1跨孔聲波（右）中：T——發(fā)射探頭；R——接收探頭；d——發(fā)射探頭與接收探頭間距；t——聲波從發(fā)射探頭到接收探頭的旅行時(shí)。

2 項(xiàng)目概況

DTX水利樞紐工程位于珠江流域西江干流黔江河段的大藤峽出口弩灘附近，是紅水河梯級(jí)規(guī)劃中最末一個(gè)梯級(jí)工程，規(guī)模為Ⅰ等大（1）型工程。工程主體包括檢修門庫壩段、船閘壩段、泄水閘壩段、廠房壩段、擋水壩段等，均為混凝土澆筑而成?；鶐r巖性為泥盆系下統(tǒng)潮汐相碎屑沉積巖和泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、白云巖等，其中斷層破碎帶、軟弱夾層、裂隙、巖溶等較發(fā)育，為處理以上不良地質(zhì)體，確保壩基巖體完整較性好，工程整體進(jìn)行不同深度的固結(jié)灌漿。為確保固結(jié)灌漿質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，將以上水工建筑物劃分單元，分別進(jìn)行固結(jié)灌漿前后的單孔聲波和孔間跨孔聲波縱波波速對(duì)比檢測。下文以船閘為例，上閘首、閘室各取1個(gè)單元，通過計(jì)算灌后波速提高率，評(píng)價(jià)固結(jié)灌漿效果，進(jìn)而為工程驗(yàn)收提供必要的依據(jù)。

3 工作布置

根據(jù)SL326-2005《水利水電工程物探規(guī)程》規(guī)定和設(shè)計(jì)文件的要求，每個(gè)壩段或建筑物單元壩基聲波檢測檢查孔的數(shù)量不少于灌漿孔總數(shù)的5%，同時(shí)總孔數(shù)量不應(yīng)少于3個(gè)，其中3孔為一組，呈等邊三角形，孔間距保持5m，該組孔同時(shí)進(jìn)行灌漿前后的單孔聲波檢測和孔間跨孔聲波檢測，每組3個(gè)測試孔形成3個(gè)測試剖面；其余孔只需進(jìn)行灌漿前后的單孔聲波測試。灌前、灌后測點(diǎn)位置應(yīng)重合。檢測孔布置示意圖詳見圖2。

圖2 檢測孔展示圖

4 檢測成果

1）上閘首左邊墩A單元

單孔聲波檢測灌前平均波速為4.84km/s，灌后平均波速為5.21km/s，固結(jié)灌漿后波速提高6.19%～9.89%，低于4.20km/s的不完整段波速提高13.99%～27.21%；跨孔聲波檢測灌前平均波速為4.94km/s，灌后平均波速為5.19km/s，固結(jié)灌漿后波速提高5.10%～5.40%。見表1。

表1 上閘首左邊墩1單元固結(jié)灌漿檢測成果表

2）上閘首右邊墩C單元

單孔聲波檢測灌前平均波速為4.75km/s，灌后平均波速為4.98km/s，固結(jié)灌漿后波速提高4.51%～4.97%，低于4.20km/s的不完整段波速提高14.45%～20.06%；跨孔聲波檢測灌前平均波速為4.67km/s，灌后平均波速為4.95km/s。固結(jié)灌漿后波速提高4.91%～5.61%。詳見表2。

表2 閘室1右邊墻固結(jié)灌漿檢測成果表

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）根據(jù)規(guī)范規(guī)定及設(shè)計(jì)要求固結(jié)灌漿后，巖體聲波速度控制標(biāo)準(zhǔn)：平均波速提高3%以上，即認(rèn)為聲波檢測合格。以上2個(gè)單元平均波速提高均高于3%，滿足規(guī)范規(guī)定及設(shè)計(jì)要求。

2）以上2個(gè)單元基巖中裂隙及巖溶發(fā)育的部位，其波速通常低于正常巖體。通過對(duì)孔內(nèi)低速段（波速低于4.2km/s）單獨(dú)分析，灌漿后波速提高多達(dá)10%以上，灌漿效果顯著。

3）單孔聲波灌漿前后的縱波波速對(duì)比能夠反映檢測孔附近巖體縱向波速變化情況，跨孔聲波灌漿前后的縱波波速對(duì)比能夠反映檢測孔間巖體橫向的波速變化情況，缺一不可。

4）單孔聲波法和跨孔聲波法憑借精度高、工期短，成本低的特點(diǎn)，能夠快速準(zhǔn)確地對(duì)比灌漿前后建基巖體波速，為固結(jié)灌漿效果評(píng)價(jià)提供可靠的依據(jù)。

5）為了更全面地評(píng)價(jià)固結(jié)灌漿效果，在不影響工期的前提下，應(yīng)選用聲波法、鉆孔全孔壁數(shù)字成像、鉆孔變形模量測試、彈性波CT法等進(jìn)行綜合檢測，效果更佳。