薩爾托海水利樞紐物探檢測探究
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摘要:通過一種或多種物探手段對建基面巖體質量和構造發(fā)育情況進行檢測，當巖體完整性滿足設計要求且構造不發(fā)育時，可以適當減少土石方開挖，減少混凝土澆筑，從而達到節(jié)約成本、縮短工期的目的;當發(fā)育隱伏構造時，可以對地質缺陷進行追索，進而確定不良地質體的發(fā)育深度，為設計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開挖過程中，通過聲波測井和鉆孔電視觀察等物探測試手段為右岸部分壩基基礎開挖優(yōu)化設計及地質缺陷處理提供了可靠的基礎資料，設計人員根據(jù)物探測試成果對右岸部分壩段建基面開挖高程進行了優(yōu)化，對地質缺陷進行了處理。
關鍵詞:聲波測井;鉆孔電視觀察;優(yōu)化設計;地質缺陷處理;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節(jié)功能的水庫，工程主要任務為工業(yè)供水和防洪，兼顧灌溉和發(fā)電，為加強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。水庫總庫容2．94億m3，多年平均供水量2．676億m3，設計水平年改善灌溉面積1．84萬hm2，電站裝機27．6MW。工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大(2)型。14～16號壩段覆蓋層挖除后建基面高程約966．8m，設計建基面為956．5m。為加快施工進度、節(jié)省工程投資，咨詢專家建議在該壩段范圍內實施物探測試，為基礎優(yōu)化設計提供必要的基礎資料。
1地質簡況、地球物理特征及壩基巖體驗收標準
1．1地質簡況
壩址區(qū)巖性為華力西期(γ42f)侵入巖(以二長輝長巖為主)，該巖性堅硬致密，屬堅硬巖類，巖體以塊狀、次塊狀結構為主，前期成果顯示變形模量較高，整體變形穩(wěn)定問題不大。巖體強風化帶厚0．40～16．20m，平均3．27m;弱風化帶厚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。強風化巖體多為Ⅳ類，弱風化巖體多為Ⅲ類，微風化－新鮮巖體多為Ⅱ類，斷層及結構面交匯帶為Ⅴ類。
1．2地球物理特征
通過項目建議書－初步設計階段地質勘探成果可知，二長輝長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壩基巖體驗收標準
檢測人員依據(jù)本工程前期取得的地球物理勘探成果并結合以往相似工程經(jīng)驗，經(jīng)論證確定在大壩建基面巖體質量驗收中聲波縱波速度和地震波縱波速度的驗收標準，如表1所列。
2優(yōu)化成果簡述
2．1物探鉆孔布設
在覆蓋層挖除后地表上布置了12個鉆孔(孔深17m)，開展了基礎巖體聲波測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。測試前先對鉆孔進行充分沖洗，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，多屬隨機分布，連通率低，性狀較好，抗剪強度高，對壩基抗滑穩(wěn)定不起控制作用。(2)巖體滲透穩(wěn)定性。14號、15號(局部)壩基巖體中未發(fā)現(xiàn)大的構造破碎帶，結構面以構造裂隙為主，壩基存在滲漏問題，主要為裂隙式滲流;16號壩段巖體以鑲嵌結構、碎裂結構為主，存在變形穩(wěn)定問題，推測為發(fā)育構造破碎帶或風化深槽。(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－ZK3～16號－ZK2X～16號－ZK1X～15號－ZK1方向向深部發(fā)育構造破碎帶或風化深槽。
2．3聲波測井成果分析
鉆孔聲波測試采用點測方式進行，測點距0．2m。其目的是測定孔內巖體聲波波速，劃分軟弱夾層、破碎帶等，計算巖體彈性參數(shù)，并評價其完整性。通過各鉆孔的實測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類巖體波速驗收標準;高程961m以下巖體波速變化較大，14號、15號壩段巖體波速較高，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)相對較低，風化程度為全風化－強風化，風化程度高，推測為風化深槽的反映。由于此次控制波速低速帶鉆孔數(shù)量較少，因此在推斷風化深槽走向及發(fā)育寬度時會存在一定偏差。
2．4優(yōu)化設計
依據(jù)物探檢測成果，設計單位確定將14號和15號(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。同時對15號、16號壩段推測的風化深槽進行補勘，根據(jù)補勘成果確定開挖、處理方案。
3補勘成果簡述
3．1物探工作布設
為查明15～16號壩段風化深槽的空間分布情況，物探檢測人員同設計人員一起在現(xiàn)場15號壩段布置了5個聲波檢測鉆孔(15號－ZKJ1～15號－ZKJ3、15號－ZK12、15號－ZK14)，隨著工作的深入，又增加了15號－ZKJ4和16號－ZKJ1兩個鉆孔。具體檢測工作布置如圖3所示。
3．2聲波測井成果分析
通過對優(yōu)化階段和補勘階段各鉆孔的實測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號與16號壩段結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號壩段逐漸向15號壩段偏移，至高程953m逐漸消失，至高程952m不再影響?？拷L化深槽兩側表層巖體的聲波波速相對較低，應采取挖除置換或加強固結灌漿進行處理。
3．3補勘結論
15～16號壩段發(fā)育有一條順河走向的風化深槽，傾向15號壩段，向河流上游深部發(fā)育，在風化深槽內存在風化巖體，推測:(1)風化巖體呈上寬下窄分布，上部巖體呈全－強風化狀，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)測試壩段范圍內高程約為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類巖體波速驗收標準。
4結語
物探檢測以無損、經(jīng)濟、快速并具有在客觀上能夠系統(tǒng)揭示不同巖性、風化程度巖土體的彈性力學參數(shù)的優(yōu)勢，可為水利水電工程基礎巖體驗收，并對巖體做出評價，進而為工程設計優(yōu)化方案、評價建基面巖體質量、建基面驗收及隱伏構造追蹤提供重要的依據(jù)。薩爾托海水利樞紐工程設計人員應用物探測試成果及時調整了河床右岸14～16號壩段建基面高程及不良地質體的處理方案，在確保工程基礎質量、加快施工進度、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:中水北方勘測設計研究有限責任公司