坐標正算在巖基地質編錄中的應用

宋五朋

（1.河南省水利勘測有限公司 鄭州 450008 2.河南省特殊巖土環境控制工程技術研究中心 鄭州 450008）

施工過程中實際開挖基巖面多與設計建基面有一定的高差，地質編錄[1-2]過程中為準確反映基巖內部裂隙[3]延伸狀況，需將實測的裂隙沿結構面產狀反算至設計高程，即裂隙投影。水利水電工程中，大壩、隧洞、溢洪道等建筑物多采用分塊底板，每塊（段）建基面通常為水平建基面[4]。受施工工藝、巖體內結構面、地質構造的影響，實際開挖基巖面多有超挖現象且參差不齊，施工地質工作中的地質編錄是隨施工進度及在建基面達到設計要求后進行的，將巖基內部一定深度內結構面[5]的情況繪制到剖面圖上，可為施工期固結灌漿及帷幕灌漿的設計提供更為有力的地質依據。

1 坐標正算

如圖1，根據A 點的坐標XA、YA和直線AB 的水平距離DAB與坐標方位角αAB，推算B 點的坐標XB、YB，此過程即為坐標正算。

圖1 坐標正算示意圖

坐標正算[6]公式為：

其中ΔXAB、ΔYAB為坐標增量，其計算公式為：

注意：ΔXAB和ΔYAB均有正、負，其符號取決于直線AB 的坐標方位角所在的象限。

2 工程應用

2.1 工程概況

河南省出山店水庫位于淮河干流上游河南省信陽市境內，壩址在河南省信陽市浉河區雙井鄉出山店村西北約3km。大壩型式為混合壩型，主壩軸線長3690.57m，其中土壩段長3261m，混凝土壩段長429.57m。混凝土壩段共分為23 個壩段，其中1#～20#壩段建基面高程為65.0m，21#、22#壩段建基面高程為70.0m，23#壩段建基面高程為82.0m。

2.2 地層簡述

混凝土壩段揭露基巖為加里東晚期中粗粒黑云母花崗巖。該區花崗巖經受了加里東期、燕山期、喜山期運動，巖體內斷層、裂隙發育。斷層傾向以北西向為主，傾角多為陡傾角，少量緩傾角。裂隙多傾向北西、南西，陡傾角7 組，中傾角裂隙1 組，緩傾角裂隙2 組。

3 施工地質編錄

施工地質編錄是通過對工程現場的地基、圍巖、邊坡等揭露的各種地質現象觀察分析，直觀地用文字、圖表記錄并描繪下來，然后在此基礎上生成平、剖面圖及相關圖表，編寫地質說明的過程。

本工程現場地質編錄時，首先繪制好建基面素描圖，對每個壩段內揭露的裂隙（斷層）進行編號和拍照，運用羅盤、直尺等工具獲取裂隙（斷層）的產狀和寬度并描述其結構面形態、延伸、充填情況等特征，然后通過GPS 或全站儀對裂隙逐條采集地質點。

3.1 現場編錄

在野外現場，用適當的信息記錄手段，保留下來的宏觀和微觀地質現象的記錄。記錄有文字、數字、素描、照片、影像等。

3.2 室內成果整理

根據工程現場測量結果和測試數據，對現場編錄的內容進行修正、補充、制表和歸檔的過程。以下以3#混凝土壩壩段為例簡要說明。

（1）數據整理及制作玫瑰花圖：主要包括裂隙特征統計表整理和測量數據整理。將現場記錄的斷層、裂隙產狀、寬度、延伸情況、充填物等特征形成表格，部分裂隙特征匯總表見表1，通過表1數據制作出該壩段內的裂隙傾向與走向玫瑰花圖。對測得的地質點進行整理，部分裂隙測量數據見表2。

表1 3#壩段部分裂隙特征統計表

表2 3#壩段地質編錄部分測量數據表

（2）原始平面圖展示：首先用原始測量數據將實測的裂隙逐條展示到CAD 圖上，并添加必要的地質要素形成平面圖底圖。

（3）裂隙投影：運用坐標正算公式將實測裂隙投影至65m 高程建基面上。①反算實測點與投影點間連線的投影線長度L，L=ΔH/tanφ，其中ΔH 為實測點與設計建基面高程差，φ 為裂隙傾角，當基面超挖時，L 應為負值;②計算投影點的大地坐標：其計算公式為：

式中：α 為裂隙的傾向

將以上公式編輯到Excel 中，逐條計算出設計建基面上的裂隙坐標，裂隙投影成果表見表3。裂隙投影示意圖見圖2。

表3 3#壩段部分裂隙投影成果表

圖2 裂隙投影示意圖

（4）剖面圖的繪制：各壩段垂直壩軸線分別布置3 條橫剖面，利用投影后的裂隙與各剖面的相對關系和裂隙產狀進行繪制。其中3B2剖面成果見圖3。

圖3 3#壩段3B2 剖面圖

（5）編制地質說明：主要內容包括建基面形態的描述，地層巖性的描述，地質構造，工程地質、水文地質條件及其評價。

4 結語

（1）施工地質編錄應客觀地反應出開挖面揭露的各種地質現象，形成相應的平面展示圖和剖面圖，并編制地質說明。

（2）巖基開挖面多存在超挖，坐標正算的應用為室內成果的整理提供了依據和便利，提高了作圖的準確性■