電測探法在李溪攔河壩重建工程溶洞勘察中的應用

陳浩

(廣州市水務規劃勘測設計研究院，廣州 510640)

1 工程概況

1.1 項目背景

李溪攔河壩位于流溪河下游廣州市花都區花東鎮李溪村，是一座具有灌溉、引水、發電、水環境水生態等多種功能的水利樞紐工程。攔河壩(閘)高8 m，壩長275.50 m，正常蓄水位高10.51 m，附屬水工建筑物有一級、二級消力池，混凝底板海漫，海漫外漿砌石及拋石護坡，左、右岸建有裝機容量1 250 kW小型水電站，采用粘土鋪蓋防滲。原設計過閘流量為1 980 m3/s，屬大(二)型攔河水閘工程。該水利樞紐工程已運行近40 a，由于存在諸多工程安全隱患及工程老化，現決定在攔河壩(閘)原軸線位置拆除重建。消能設施、電站等不變。

1.2 區域地質情況

圖1 1∶5萬區域地質圖

2 勘察方法與工作布置

根據現場調研及設計資料顯示，本次鉆孔的間距和深度均無法滿足電磁波CT成像、探地雷達有效探測深度等要求。因此，為盡可能探清壩址區溶洞發育特征，本場地采用了電測探法對壩址區溶洞發育特征進行探測，但由于探測場地存在的高速水流、發電站、大量鋼筋混凝土建筑等都對導電體的導電性能有較大影響，導致電測探法成果的準確率有所降低，為驗證電測探法結果的準確性，并為重建壩址區溶洞發育評價提供準確依據，本次勘察還結合地質勘察技術對電測探法結果進行驗證。

2.1 電測探法

電測探法主要采用高密度電法，其基本原理與電阻率法一致，但相對設置了更多的觀測點，操作時，將電極布置在設計的測點上，利用程控電極轉換裝置和微機工程電測儀，進行觀測。工作儀器采用重慶地質儀器廠生產的DUK-2A型高密度電法測量系統1套，其主要性能指標滿足《電阻率測深法技術規程》(DZ/T0072-93)。本項目計劃壩軸線方向設置4條測線，分別為L1、L2、L3、L4，測線總長度930 m，測線具體布置如圖2所示。

2.2 地質勘察

采用現場壓水、鉆探等綜合地質勘察方法，對重建壩址區域的地層巖性、區域構造穩定性進行調查，確定工程場地巖溶發育情況，并對電測法的準確性進行驗證。鉆探工作執行主要按照《水利水電工程地質勘察規范》GB50287-99、《土工試驗方法標準》GB/T50123-1999、《巖土工程勘察規程》GB50021-2001等相關的規程、規范進行。計劃地質勘察鉆孔18孔，其中技術孔8孔，鑒別孔10孔，平均孔深20 m，約總進尺360 m左右。由于費用等原因，在征得業主同意后，本次勘察完成鉆孔17個，如圖2所示，鉆孔編號為SZK1～SZK12、ZK2- ZK6。其中，技術孔8個，分別為ZK2～SZK6、SZK8、SZK110、SZK11；鑒別孔9個，分別為SZK1-SZK7、SZK9、SZK12，鉆孔具體位置見圖2所示。

圖2 測線及測點布置示意圖

3 勘測成果分析

3.1 電測探法結果分析

高密度電法得到了各測線反演剖面，如圖3所示，電測探曲線形態主要為“H”型和“A”型，“H”型形態電測探曲線表現為：混凝土電阻率較高為200～500 Ω·m，素填土，礫砂，粉質粘土，中砂等電阻率較低為50～150 Ω·m，下伏基巖灰巖的電阻率為8 000 Ω·m左右；“A”型形態電測探曲線表現為：河水、素填土，礫砂，粉質粘土，中砂電阻率較為50～150 Ω·m，下伏基巖灰巖的電阻率為1 000 Ω·m左右。淺部為低阻(藍色區域)，深部為高阻(紅色區域)，根據測區內地質特點，低阻層可解釋為覆蓋土層(包括強風化粉砂巖及弱風化粉砂巖、灰巖薄夾層)，高阻層解釋為灰巖，而高、低異常分界線大致反映基巖起伏。

圖3 高密度電法反演斷面圖

總結本工作區域異常判斷原則，剔除假異常的干擾，對所有探測剖面進行異常判斷，各測線異常位置匯總表見表1。可知，L1、L2、L3、L4測線分別有3處、2處、3處、1處異常點，均處于頂部埋深18.90～25.90 m，各異常點高度范圍處于1.30～2.50 m。圖4為綜合地質解釋剖面圖，可知，在測線范圍內圈定了9個灰巖巖體巖溶發育區(紅色溶洞區域)，大多集中在ZK3-ZK5、SZK2與SZK6之間、SZK9、SZK10與SZK11之間。巖溶總體呈現灰巖頂面附近發育的特征，巖溶發育規模不大，數量較少，洞徑大小及深度無一定規律，小的洞高只有0.40～0.60 m，但大的洞徑達4.00 m。

圖4 綜合地質解釋剖面圖

表1 各測線巖溶異常位置表

3.2 鉆探勘察結果

3.2.1 壓水試驗結果

為測定微風化炭質灰巖的單位吸水量，并以其換算求出滲透系數，用以說明微風化炭質灰巖的透水性和裂隙性及其隨深度的變化情況，為論證壩基巖體的完整性和透水程度，以及制定防滲措施和基礎處理方案等提供重要依據，本次勘察在鉆孔SZK8、SZK9、SZK10位置布置3組壓水試驗，如表2所示。

表2 壓水試驗成果表

3.2.2 鉆探勘察結果

為進一步驗證電測探法對壩址區溶洞發育勘察結果的準確性，對壩址防滲墻軸線位置鉆孔勘察，采取全巖芯鉆探，分析不同深度巖層情況。結果見表3所示，ZK2-ZK6、SZK8、SZK11、SZK12均存在不同填充程度的溶洞，溶洞埋深大多集中在13.70～33.50 m，具體位置如圖4所示(藍色溶洞)。

表3 鉆探勘察成果表

根據抽水、壓水試驗及鉆探勘察成果，可知，壩基微風化炭質灰巖滲透性等級為弱～中等透水，說明巖體局部存在空洞、裂隙。此外，鉆探勘察結果與電測探法結果存在一定差異，特別是ZK2、ZK6、SZK1-SZK9鉆孔區域，其中，ZK2和ZK6鉆孔區域鉆探勘察結果顯示在19.00～20.40 m和11.50～12.10 m處存在溶洞，而電測探法結果卻無法顯示溶洞；SZK1-SZK9鉆孔區域電測探法勘察結果顯示在15.00～20.40 m處存在多個溶洞，而鉆探勘察結果卻未顯示，其他鉆孔區域兩種勘察結果溶洞位置基本一致。這表明當探測場地存在影響導電體的導電性能的不確定因素時，電測探法勘察結果的準確率確實有所下降，為更準確的揭示地層巖溶發育信息，還需結合傳統地質勘察對其結果進行補充。綜上所述，針對李溪攔河壩重建壩址區這種具有復雜地質條件的工程進行勘測，想要提高勘測結果的準確性，有必要采用多種勘測同時進行勘測。

4 結語

李溪攔河壩重建工程壩址區及垂直防滲墻位置的地質條件復雜，通過電測探法及鉆探勘察綜合分析，查明了李溪攔河壩重建工程壩址區及垂直防滲墻位置的巖溶發育情況，有效解決了巖溶發育、破碎帶分布問題，為設計提供了更精確的地質資料和參數。同時，壩址區域沿壩軸線均有不同程度的溶洞發育，且多為粘土填充溶洞，埋深多集中在13.70～33.50 m。因此，可利用鉆孔注漿的方式對溶洞進行處理，以避免溶洞對工程帶來的不利影響。