萨尔托海水利枢纽物探检测探究

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摘要:通过一种或多种物探手段对建基面岩体质量和构造发育情况进行检测，当岩体完整性满足设计要求且构造不发育时，可以适当减少土石方开挖，减少混凝土浇筑，从而达到节约成本、缩短工期的目的;当发育隐伏构造时，可以对地质缺陷进行追索，进而确定不良地质体的发育深度，为设计合理的处理方案提供依据。在新疆萨尔托海水利枢纽基础开挖过程中，通过声波测井和钻孔电视观察等物探测试手段为右岸部分坝基基础开挖优化设计及地质缺陷处理提供了可靠的基础资料，设计人员根据物探测试成果对右岸部分坝段建基面开挖高程进行了优化，对地质缺陷进行了处理。

关键词:声波测井;钻孔电视观察;优化设计;地质缺陷处理;萨尔托海水利枢纽

萨尔托海水利枢纽位于新疆阿勒泰地区青河县乌伦古河上游山区，是乌伦古河流域规划确定的具有多年调节功能的水库，工程主要任务为工业供水和防洪，兼顾灌溉和发电，为加强乌伦古河流域水资源管理和维持生态创造条件。枢纽建筑物主要由拦河坝、泄水建筑物、发电引水系统、坝后式电站厂房和过鱼建筑物等组成。拦河坝为碾压混凝土重力坝，正常蓄水位1027m，最大坝高75．5m，坝顶高程为1032m。水库总库容2．94亿m3，多年平均供水量2．676亿m3，设计水平年改善灌溉面积1．84万hm2，电站装机27．6MW。工程等别为Ⅱ等，工程规模为大(2)型。14～16号坝段覆盖层挖除后建基面高程约966．8m，设计建基面为956．5m。为加快施工进度、节省工程投资，咨询专家建议在该坝段范围内实施物探测试，为基础优化设计提供必要的基础资料。

1地质简况、地球物理特征及坝基岩体验收标准

1．1地质简况

坝址区岩性为华力西期(γ42f)侵入岩(以二长辉长岩为主)，该岩性坚硬致密，属坚硬岩类，岩体以块状、次块状结构为主，前期成果显示变形模量较高，整体变形稳定问题不大。岩体强风化带厚0．40～16．20m，平均3．27m;弱风化带厚1．25～10．20m，平均4．49m。地下水位968．65～969．66m。坝基岩体具弱－中等透水性，岩体透水率随深度增加而减小，透水率小于3Lu，高程为915．62～981．30m。强风化岩体多为Ⅳ类，弱风化岩体多为Ⅲ类，微风化－新鲜岩体多为Ⅱ类，断层及结构面交汇带为Ⅴ类。

1．2地球物理特征

通过项目建议书－初步设计阶段地质勘探成果可知，二长辉长岩新鲜岩块纵波速度为6000m/s。由岩体完整性系数(Kv)反算可知:波速小于2290m/s属于破碎岩体，即Kv≤0．15;波速范围值在2290～3550m/s属于较破碎岩体，即0．15＜Kv≤0．35;波速范围值在3550～4460m/s属于完整性差岩体，即0．35＜Kv≤0．55;波速范围值在4460～5210m/s属于较完整岩体，即0．55＜Kv≤0．75;波速大于5210m/s属于完整岩体，即Kv＞0．75。

1．3坝基岩体验收标准

检测人员依据本工程前期取得的地球物理勘探成果并结合以往相似工程经验，经论证确定在大坝建基面岩体质量验收中声波纵波速度和地震波纵波速度的验收标准，如表1所列。

2优化成果简述

2．1物探钻孔布设

在覆盖层挖除后地表上布置了12个钻孔(孔深17m)，开展了基础岩体声波测井及钻孔电视观察物探工作。物探钻孔布置示意如图1所示。

2．2钻孔电视观察成果分析

采用全孔壁扫描连续录像方式，探头自上而下匀速下降，电缆下降速度约1．0～2．0m/min。测试前先对钻孔进行充分冲洗，去除孔壁残留附着物及井液漂浮物。其目的主要为通过绘制全孔壁展开图，查明岩体裂隙发育、岩体渗透稳定性及岩体表观完整性情况。(1)裂隙发育情况。岩体中节理裂隙倾角较陡，缓倾角裂隙局部发育，多属随机分布，连通率低，性状较好，抗剪强度高，对坝基抗滑稳定不起控制作用。(2)岩体渗透稳定性。14号、15号(局部)坝基岩体中未发现大的构造破碎带，结构面以构造裂隙为主，坝基存在渗漏问题，主要为裂隙式渗流;16号坝段岩体以镶嵌结构、碎裂结构为主，存在变形稳定问题，推测为发育构造破碎带或风化深槽。(3)较破碎－破碎岩体段分布情况(见表2)。通过钻孔电视观察成果可以看出，沿16号－ZK3～16号－ZK2X～16号－ZK1X～15号－ZK1方向向深部发育构造破碎带或风化深槽。

2．3声波测井成果分析

钻孔声波测试采用点测方式进行，测点距0．2m。其目的是测定孔内岩体声波波速，划分软弱夹层、破碎带等，计算岩体弹性参数，并评价其完整性。通过各钻孔的实测波速值绘制不同高程波速等值线切片图(见图2)。由图2可知，切片深度间距1m，高程963m以上岩体波速较低，范围值在1710～6100m/s之间，平均值为3740m/s，整体大致属于较破碎－完整性差岩体，局部地表为孤立的岩块，属于完整性差－较完整岩体;高程963～961m岩体波速范围值在1710～6100m/s之间，平均值为4420m/s，整体大致属于完整性差岩体，满足坝基AⅢ－1类岩体波速验收标准;高程961m以下岩体波速变化较大，14号、15号坝段岩体波速较高，波速范围值在1800～6250m/s之间，平均值为4700m/s，大致属于较完整岩体，在16号坝段存在一NW～NWW向(近垂直坝轴线方向)发育的波速低速带。结合钻孔电视观察成果，该岩体以土黄色为主，破碎－较破碎;弹性参数相对较低，风化程度为全风化－强风化，风化程度高，推测为风化深槽的反映。由于此次控制波速低速带钻孔数量较少，因此在推断风化深槽走向及发育宽度时会存在一定偏差。

2．4优化设计

依据物探检测成果，设计单位确定将14号和15号(局部)坝段建基面由原高程956．5m优化抬高至963．0m，并通过专家论证。同时对15号、16号坝段推测的风化深槽进行补勘，根据补勘成果确定开挖、处理方案。

3补勘成果简述

3．1物探工作布设

为查明15～16号坝段风化深槽的空间分布情况，物探检测人员同设计人员一起在现场15号坝段布置了5个声波检测钻孔(15号－ZKJ1～15号－ZKJ3、15号－ZK12、15号－ZK14)，随着工作的深入，又增加了15号－ZKJ4和16号－ZKJ1两个钻孔。具体检测工作布置如图3所示。

3．2声波测井成果分析

通过对优化阶段和补勘阶段各钻孔的实测波速值重新绘制不同高程波速等值线切片图(见图3)，切片深度间距0．8m。通过图3可以清晰地看出:15号与16号坝段结合部位存在一条近垂直坝轴线方向(近顺河走向)发育的低速带，声波波速一般低于3600m/s，属破碎、较破碎岩体，深槽呈上游(坝踵)宽、下游(坝趾)窄的“y”形展布，剖面上呈浅部宽、深部窄的“V”形展布。并随着深度的增加由16号坝段逐渐向15号坝段偏移，至高程953m逐渐消失，至高程952m不再影响。靠近风化深槽两侧表层岩体的声波波速相对较低，应采取挖除置换或加强固结灌浆进行处理。

3．3补勘结论

15～16号坝段发育有一条顺河走向的风化深槽，倾向15号坝段，向河流上游深部发育，在风化深槽内存在风化岩体，推测:(1)风化岩体呈上宽下窄分布，上部岩体呈全－强风化状，最大揭露厚度9m，顶层界面为961m，底层界面高程为953m，岩体呈浅黄色，强度低(手掰即碎)，岩体主要以散体状为主，声波波速一般为1810～2400m/s，属破碎岩体。(2)测试坝段范围内高程约为952m，建基面岩体整体波速一般为4030～6410m/s，整体属较完整岩体，局部属完整性差岩体，满足AⅡ类岩体波速验收标准。

4结语

物探检测以无损、经济、快速并具有在客观上能够系统揭示不同岩性、风化程度岩土体的弹性力学参数的优势，可为水利水电工程基础岩体验收，并对岩体做出评价，进而为工程设计优化方案、评价建基面岩体质量、建基面验收及隐伏构造追踪提供重要的依据。萨尔托海水利枢纽工程设计人员应用物探测试成果及时调整了河床右岸14～16号坝段建基面高程及不良地质体的处理方案，在确保工程基础质量、加快施工进度、节省工程投资等方面发挥了重要作用。

作者:李建超 王志豪 单位:中水北方勘测设计研究有限责任公司