蒙自市螞蚱沖水庫壩基聲波測試成果分析

(云南省紅河州水利水電勘察設計研究院， 云南 蒙自 661100)

近年來，隨著水利事業迅猛發展，聲波檢測技術已逐漸成為地質勘察工作的主要方法之一。本文介紹了運用鉆孔內單孔聲波法和平硐內跨孔聲波法，分析、確定壩基巖體風化界線和巖溶發育范圍，為工程設計提供了充足的參考依據。

1 工程概況

螞蚱沖水庫工程位于云南省蒙自市東部山區，距蒙自23km。2011年5月14日，該工程開工，2011年12月13日，完成壩址區地勘工作。壩址區出露的地層巖性為寒武系中統(∈2)：深灰、灰黑色白云巖，中薄層狀結構，一般單層厚2～10cm，節理較發育，連通性較好，巖溶中等發育。巖塊錘擊聲音沉悶，易碎，巖體強度較差。鉆孔巖芯普遍較破碎，給地質編錄和風化界線的確定，帶來了較大困難。本次在鉆孔和平硐中進行聲波檢測試驗，主要目的是結合鉆孔與平硐，分別從垂直方向和水平方向，對壩基和壩肩巖體的風化程度、節理裂隙、巖溶發育情況、巖體的完整性進行校核和修正。

2 聲波檢測基本原理

聲波測試是彈性波測試方法中的一種，其理論基礎建立在固體介質中彈性波的傳播理論上，該方法是以人工激振的方法向介質(巖石、巖體、混凝土構筑物)發射聲波，在一定的空間距離內接收介質物理特性調制的聲波，通過觀測和分析聲波在不同介質中的傳播速度、振幅、頻率等聲學參數，解決一系列巖土工程中的有關問題。

由于介質的聲學性質與其結構及物理力學性質有關，地質體因巖性、結構特征、力學性能等因素，形成不同的聲學特征。聲波在巖石中傳播的速度是有一定范圍的，當傳播路徑遇到缺陷(如斷裂構造、節理裂隙、軟弱夾層等)時，聲波要繞過缺陷或在傳播速度較慢的介質中通過，聲波將發生衰減，造成傳播時間延長，使聲時增大、計算聲速降低、波幅減小、波形畸變。因此利用超聲波在巖石中傳播的這些聲學參數的變化，來分析判斷巖石的風化程度、完整性等。

檢測方法有單孔聲波法和跨孔聲波法。單孔聲波法是在一個測孔內進行，由一個發射探頭和兩個接收探頭組成，可測試到發射探頭周圍巖體一定范圍內的聲波值。跨孔聲波法是在兩個測孔內進行，由一個發射探頭和一個接收探頭組成，可測試到兩探頭之間巖體的聲波值。如圖1所示。

圖1 聲波檢測示意

3 聲波檢測現場試驗

3.1 鉆孔內巖體縱波速現場檢測

螞蚱沖水庫壩軸線上布置7個鉆孔，最大橫斷面上布置4個鉆孔，根據壩基巖土體分布情況，挑選了其中的ZK1、ZK2、ZK3、ZK4、ZK5、ZK8、ZK9共7個鉆孔進行鉆孔內巖體縱波速現場檢測，其位置詳見圖2。

圖2 壩址區聲波檢測試驗平面布置

鉆孔內聲波檢測使用非金屬聲波測試儀，從每個測試孔自上而下以50cm為單位逐級向壩基深部測試，采用單發雙收。然后自下而上以50cm為單位由孔底逐級向孔口復核，以保證測試結果的準確率。部分鉆孔由于孔口破碎，使用套管固孔，所以測試點位自套管以下開始。

3.2 平硐內巖體縱波速現場檢測

螞蚱沖水庫壩址區布置6個平硐，根據壩基巖土體分布情況，決定對全部平硐進行平硐內巖體縱波速現場檢測。由于3號平硐內節理裂隙發育，巖石破碎，聲波孔無法飽水致使聲波測試無法進行，故只對其余1、2、4、5、6號硐進行了聲波測試。其位置詳見圖2。

平硐內聲波檢測使用非金屬聲波測試儀，測試孔自平硐口向平硐內以50cm為單位逐級水平向布置，利用風鉆造孔，孔深1.0m。測試時采用單發單收，然后自內而外由硐底逐級向硐口復核，以保證測試結果的準確率。

4 聲波檢測試驗內業整理及成果分析

根據《水利水電工程地質勘察規范》(GB 50487—2008)附錄H(巖體風化帶劃分)，本工程從PD2和PD4內，取出4塊新鮮巖石進行波速值收集，經算術平均后波速為4480m/s，與之對應的各風化帶劃分聲波值見下表：

壩軸平硐內新鮮基巖聲波測試值與巖體風化帶劃分聲波值對應表

經檢測，各鉆孔、各平硐聲波測試曲線分別見圖3、圖4。

圖3 各鉆孔聲波測試曲線

圖4 各平硐聲波測試曲線

從此次聲波試驗來看，壩基基巖強風化埋深0～30.3m，弱風化埋深10.8～60.3m。基巖弱、微風化層巖溶較發育，溶蝕孔隙的出現導致波速衰減明顯，巖體整體性差，存在滲漏通道。

螞蚱沖水庫采用黏土心墻風化料壩和漿砌石重力壩兩種壩型進行方案比較。由聲波檢測成果看出，壩基弱風化埋深較深，作漿砌石重力壩設計時，壩基開挖工程量非常大，因此，最終選用黏土心墻風化料壩，壩基持力層為埋深較淺的強風化層。同時，壩基防滲帷幕灌漿底界深度超過巖溶較發育區為止。

5 結 語

鉆孔內聲波檢測可在垂直方向反映壩基巖體卸荷、構造、裂隙和巖溶的發育情況。平硐內聲波檢測則是在水平方向反映壩基巖體斷裂構造、裂隙和巖溶的發育情況。兩種方法都在壩基檢測工作中發揮著不同的作用，而且能夠快速、較精確地得出結論，是目前水利水電工程勘察方法多樣性的補充，為水工設計提供了重要的參考依據。

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