薩爾托海水利樞紐物探檢測(cè)探究
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摘要:通過一種或多種物探手段對(duì)建基面巖體質(zhì)量和構(gòu)造發(fā)育情況進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)巖體完整性滿足設(shè)計(jì)要求且構(gòu)造不發(fā)育時(shí)，可以適當(dāng)減少土石方開挖，減少混凝土澆筑，從而達(dá)到節(jié)約成本、縮短工期的目的;當(dāng)發(fā)育隱伏構(gòu)造時(shí)，可以對(duì)地質(zhì)缺陷進(jìn)行追索，進(jìn)而確定不良地質(zhì)體的發(fā)育深度，為設(shè)計(jì)合理的處理方案提供依據(jù)。在新疆薩爾托海水利樞紐基礎(chǔ)開挖過程中，通過聲波測(cè)井和鉆孔電視觀察等物探測(cè)試手段為右岸部分壩基基礎(chǔ)開挖優(yōu)化設(shè)計(jì)及地質(zhì)缺陷處理提供了可靠的基礎(chǔ)資料，設(shè)計(jì)人員根據(jù)物探測(cè)試成果對(duì)右岸部分壩段建基面開挖高程進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)地質(zhì)缺陷進(jìn)行了處理。
關(guān)鍵詞:聲波測(cè)井;鉆孔電視觀察;優(yōu)化設(shè)計(jì);地質(zhì)缺陷處理;薩爾托海水利樞紐
薩爾托海水利樞紐位于新疆阿勒泰地區(qū)青河縣烏倫古河上游山區(qū)，是烏倫古河流域規(guī)劃確定的具有多年調(diào)節(jié)功能的水庫(kù)，工程主要任務(wù)為工業(yè)供水和防洪，兼顧灌溉和發(fā)電，為加強(qiáng)烏倫古河流域水資源管理和維持生態(tài)創(chuàng)造條件。樞紐建筑物主要由攔河壩、泄水建筑物、發(fā)電引水系統(tǒng)、壩后式電站廠房和過魚建筑物等組成。攔河壩為碾壓混凝土重力壩，正常蓄水位1027m，最大壩高75．5m，壩頂高程為1032m。水庫(kù)總庫(kù)容2．94億m3，多年平均供水量2．676億m3，設(shè)計(jì)水平年改善灌溉面積1．84萬hm2，電站裝機(jī)27．6MW。工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大(2)型。14～16號(hào)壩段覆蓋層挖除后建基面高程約966．8m，設(shè)計(jì)建基面為956．5m。為加快施工進(jìn)度、節(jié)省工程投資，咨詢專家建議在該壩段范圍內(nèi)實(shí)施物探測(cè)試，為基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供必要的基礎(chǔ)資料。
1地質(zhì)簡(jiǎn)況、地球物理特征及壩基巖體驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
1．1地質(zhì)簡(jiǎn)況
壩址區(qū)巖性為華力西期(γ42f)侵入巖(以二長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖為主)，該巖性堅(jiān)硬致密，屬堅(jiān)硬巖類，巖體以塊狀、次塊狀結(jié)構(gòu)為主，前期成果顯示變形模量較高，整體變形穩(wěn)定問題不大。巖體強(qiáng)風(fēng)化帶厚0．40～16．20m，平均3．27m;弱風(fēng)化帶厚1．25～10．20m，平均4．49m。地下水位968．65～969．66m。壩基巖體具弱－中等透水性，巖體透水率隨深度增加而減小，透水率小于3Lu，高程為915．62～981．30m。強(qiáng)風(fēng)化巖體多為Ⅳ類，弱風(fēng)化巖體多為Ⅲ類，微風(fēng)化－新鮮巖體多為Ⅱ類，斷層及結(jié)構(gòu)面交匯帶為Ⅴ類。
1．2地球物理特征
通過項(xiàng)目建議書－初步設(shè)計(jì)階段地質(zhì)勘探成果可知，二長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖新鮮巖塊縱波速度為6000m/s。由巖體完整性系數(shù)(Kv)反算可知:波速小于2290m/s屬于破碎巖體，即Kv≤0．15;波速范圍值在2290～3550m/s屬于較破碎巖體，即0．15＜Kv≤0．35;波速范圍值在3550～4460m/s屬于完整性差巖體，即0．35＜Kv≤0．55;波速范圍值在4460～5210m/s屬于較完整巖體，即0．55＜Kv≤0．75;波速大于5210m/s屬于完整巖體，即Kv＞0．75。
1．3壩基巖體驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
檢測(cè)人員依據(jù)本工程前期取得的地球物理勘探成果并結(jié)合以往相似工程經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)論證確定在大壩建基面巖體質(zhì)量驗(yàn)收中聲波縱波速度和地震波縱波速度的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，如表1所列。
2優(yōu)化成果簡(jiǎn)述
2．1物探鉆孔布設(shè)
在覆蓋層挖除后地表上布置了12個(gè)鉆孔(孔深17m)，開展了基礎(chǔ)巖體聲波測(cè)井及鉆孔電視觀察物探工作。物探鉆孔布置示意如圖1所示。
2．2鉆孔電視觀察成果分析
采用全孔壁掃描連續(xù)錄像方式，探頭自上而下勻速下降，電纜下降速度約1．0～2．0m/min。測(cè)試前先對(duì)鉆孔進(jìn)行充分沖洗，去除孔壁殘留附著物及井液漂浮物。其目的主要為通過繪制全孔壁展開圖，查明巖體裂隙發(fā)育、巖體滲透穩(wěn)定性及巖體表觀完整性情況。(1)裂隙發(fā)育情況。巖體中節(jié)理裂隙傾角較陡，緩傾角裂隙局部發(fā)育，多屬隨機(jī)分布，連通率低，性狀較好，抗剪強(qiáng)度高，對(duì)壩基抗滑穩(wěn)定不起控制作用。(2)巖體滲透穩(wěn)定性。14號(hào)、15號(hào)(局部)壩基巖體中未發(fā)現(xiàn)大的構(gòu)造破碎帶，結(jié)構(gòu)面以構(gòu)造裂隙為主，壩基存在滲漏問題，主要為裂隙式滲流;16號(hào)壩段巖體以鑲嵌結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)為主，存在變形穩(wěn)定問題，推測(cè)為發(fā)育構(gòu)造破碎帶或風(fēng)化深槽。(3)較破碎－破碎巖體段分布情況(見表2)。通過鉆孔電視觀察成果可以看出，沿16號(hào)－ZK3～16號(hào)－ZK2X～16號(hào)－ZK1X～15號(hào)－ZK1方向向深部發(fā)育構(gòu)造破碎帶或風(fēng)化深槽。
2．3聲波測(cè)井成果分析
鉆孔聲波測(cè)試采用點(diǎn)測(cè)方式進(jìn)行，測(cè)點(diǎn)距0．2m。其目的是測(cè)定孔內(nèi)巖體聲波波速，劃分軟弱夾層、破碎帶等，計(jì)算巖體彈性參數(shù)，并評(píng)價(jià)其完整性。通過各鉆孔的實(shí)測(cè)波速值繪制不同高程波速等值線切片圖(見圖2)。由圖2可知，切片深度間距1m，高程963m以上巖體波速較低，范圍值在1710～6100m/s之間，平均值為3740m/s，整體大致屬于較破碎－完整性差巖體，局部地表為孤立的巖塊，屬于完整性差－較完整巖體;高程963～961m巖體波速范圍值在1710～6100m/s之間，平均值為4420m/s，整體大致屬于完整性差巖體，滿足壩基AⅢ－1類巖體波速驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn);高程961m以下巖體波速變化較大，14號(hào)、15號(hào)壩段巖體波速較高，波速范圍值在1800～6250m/s之間，平均值為4700m/s，大致屬于較完整巖體，在16號(hào)壩段存在一NW～NWW向(近垂直壩軸線方向)發(fā)育的波速低速帶。結(jié)合鉆孔電視觀察成果，該巖體以土黃色為主，破碎－較破碎;彈性參數(shù)相對(duì)較低，風(fēng)化程度為全風(fēng)化－強(qiáng)風(fēng)化，風(fēng)化程度高，推測(cè)為風(fēng)化深槽的反映。由于此次控制波速低速帶鉆孔數(shù)量較少，因此在推斷風(fēng)化深槽走向及發(fā)育寬度時(shí)會(huì)存在一定偏差。
2．4優(yōu)化設(shè)計(jì)
依據(jù)物探檢測(cè)成果，設(shè)計(jì)單位確定將14號(hào)和15號(hào)(局部)壩段建基面由原高程956．5m優(yōu)化抬高至963．0m，并通過專家論證。同時(shí)對(duì)15號(hào)、16號(hào)壩段推測(cè)的風(fēng)化深槽進(jìn)行補(bǔ)勘，根據(jù)補(bǔ)勘成果確定開挖、處理方案。
3補(bǔ)勘成果簡(jiǎn)述
3．1物探工作布設(shè)
為查明15～16號(hào)壩段風(fēng)化深槽的空間分布情況，物探檢測(cè)人員同設(shè)計(jì)人員一起在現(xiàn)場(chǎng)15號(hào)壩段布置了5個(gè)聲波檢測(cè)鉆孔(15號(hào)－ZKJ1～15號(hào)－ZKJ3、15號(hào)－ZK12、15號(hào)－ZK14)，隨著工作的深入，又增加了15號(hào)－ZKJ4和16號(hào)－ZKJ1兩個(gè)鉆孔。具體檢測(cè)工作布置如圖3所示。
3．2聲波測(cè)井成果分析
通過對(duì)優(yōu)化階段和補(bǔ)勘階段各鉆孔的實(shí)測(cè)波速值重新繪制不同高程波速等值線切片圖(見圖3)，切片深度間距0．8m。通過圖3可以清晰地看出:15號(hào)與16號(hào)壩段結(jié)合部位存在一條近垂直壩軸線方向(近順河走向)發(fā)育的低速帶，聲波波速一般低于3600m/s，屬破碎、較破碎巖體，深槽呈上游(壩踵)寬、下游(壩趾)窄的“y”形展布，剖面上呈淺部寬、深部窄的“V”形展布。并隨著深度的增加由16號(hào)壩段逐漸向15號(hào)壩段偏移，至高程953m逐漸消失，至高程952m不再影響。靠近風(fēng)化深槽兩側(cè)表層巖體的聲波波速相對(duì)較低，應(yīng)采取挖除置換或加強(qiáng)固結(jié)灌漿進(jìn)行處理。
3．3補(bǔ)勘結(jié)論
15～16號(hào)壩段發(fā)育有一條順河走向的風(fēng)化深槽，傾向15號(hào)壩段，向河流上游深部發(fā)育，在風(fēng)化深槽內(nèi)存在風(fēng)化巖體，推測(cè):(1)風(fēng)化巖體呈上寬下窄分布，上部巖體呈全－強(qiáng)風(fēng)化狀，最大揭露厚度9m，頂層界面為961m，底層界面高程為953m，巖體呈淺黃色，強(qiáng)度低(手掰即碎)，巖體主要以散體狀為主，聲波波速一般為1810～2400m/s，屬破碎巖體。(2)測(cè)試壩段范圍內(nèi)高程約為952m，建基面巖體整體波速一般為4030～6410m/s，整體屬較完整巖體，局部屬完整性差巖體，滿足AⅡ類巖體波速驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
4結(jié)語
物探檢測(cè)以無損、經(jīng)濟(jì)、快速并具有在客觀上能夠系統(tǒng)揭示不同巖性、風(fēng)化程度巖土體的彈性力學(xué)參數(shù)的優(yōu)勢(shì)，可為水利水電工程基礎(chǔ)巖體驗(yàn)收，并對(duì)巖體做出評(píng)價(jià)，進(jìn)而為工程設(shè)計(jì)優(yōu)化方案、評(píng)價(jià)建基面巖體質(zhì)量、建基面驗(yàn)收及隱伏構(gòu)造追蹤提供重要的依據(jù)。薩爾托海水利樞紐工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)用物探測(cè)試成果及時(shí)調(diào)整了河床右岸14～16號(hào)壩段建基面高程及不良地質(zhì)體的處理方案，在確保工程基礎(chǔ)質(zhì)量、加快施工進(jìn)度、節(jié)省工程投資等方面發(fā)揮了重要作用。
作者:李建超 王志豪 單位:中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司