蓑衣灘樞紐工程現(xiàn)場物探勘察方法應(yīng)用

梁璐茵

(湖南華城檢測技術(shù)有限公司，湖南 長沙 410017)

0 前 言

蓑衣灘樞紐是連江航運渠化梯級的第九級，從本梯級起，連江航運渠化梯級進入了廣東省英德市，位于英德市大灣鎮(zhèn)旁，距上一梯級青霜樞紐16 km，與下一梯級黃茅峽樞紐相距11.5 km。于1973年5月動工興建，1975年10月1日船閘通航。樞紐的布置，從左到右為船閘、江佐水電站、泄水閘、水輪泵站、南塘水電站，上閘首與泄水閘大致平齊。船閘布置在左岸，建基為砂卵石地基，上下閘首采用鋼筋混凝土筏式基礎(chǔ)，邊墩為分離重力式結(jié)構(gòu)，漿砌石砌筑，混凝土預(yù)制塊件砌面。連江加固工程將右閘墻拆除重建，左閘墻考慮站房的安全沒有重建。泄水閘為堆石結(jié)構(gòu)，建基為砂卵石，泄水閘全長248.0 m，共56閘孔，其中40孔為旋倒門，4孔為提升門(底下設(shè)有底孔門)。泄水閘面工作橋作為兩岸群眾交通通道，上閘首設(shè)有人行橋，有摩托車通過。樞紐全貌見圖1。

圖1 樞紐全貌

1 壩基巖土工程條件

蓑衣灘樞紐位于英德市大灣鎮(zhèn)北西約8 km，左岸有簡易公路相通。為連江上的第九個航運梯級，連江自北西向南東流經(jīng)本樞紐，河床寬200～450 m，壩軸線處寬約320 m。河床底高程在壩軸線上游36.5～42.3 m，下游36.4～39.0 m，上游比下游略高，河床覆蓋1～5 m的砂卵礫石層。左右兩岸均為河流一級階地，右岸呈狹長條帶狀，寬僅100～250 m，左岸則多超過1 000 m，且往下游更寬。階面高程44～48 m。階地后緣為丘陵，山頂高程84～106 m，山坡坡角10°～20°。攔河壩建于河床及兩岸上，左、右岸均為河流一級階地，壩基巖土結(jié)構(gòu)簡述如下：①人工填土：分布于左、右兩岸，灰黃色，成分主要為含泥砂卵礫石及黏性土，松散～中密，厚約7.2 m；②混凝土：分布于河床，灰色，主要成分為灰?guī)r碎塊、卵礫石及水泥砂漿，中等～強透水，厚度2.0～6.0 m；③砂卵礫石：全線均有分布，灰色，以卵、礫石為主，含少量中粗砂及黏性土，稍密～中密狀，中等～強透水，厚度0.6～19.6 m；④泥盆系中下統(tǒng)桂頭群(D1-2gt)：分布于河床及兩岸覆蓋層之下，為淺灰、灰黃色薄層～中厚層狀砂巖、粉砂巖、頁巖等，多呈全風(fēng)化土狀，標(biāo)貫擊數(shù)19～45擊，滲透系數(shù)1.5×10-3～8.1×10-5cm/s，為中等～弱透水。

2 現(xiàn)場物探勘察方法及成果

由于勘查目的為查找樞紐閘室和泄水閘下方的溶洞、溶槽、溶溝，地下空洞物探相對于圍巖而言擁有不同的介電阻率特性，若低下空洞保存完善且沒有受到地下水侵蝕，就會出現(xiàn)高電阻率特征，且電磁波在界面在界面處有強反射，反之則表現(xiàn)為低電阻率特征[1-3]。工作區(qū)主要介質(zhì)的介電常數(shù)和電阻率見表1。

表1 工作區(qū)主要介質(zhì)介電常數(shù)和電阻率

2.1 探地雷達(dá)原理及方法技術(shù)

探地雷達(dá)方法是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣普電磁法，它系統(tǒng)、高度地集中了現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域的最新成就。探地雷達(dá)以其經(jīng)濟、無損、快速而直觀的特點成為淺部地球物理勘察的最主要的工具之一[4-6]。探地雷達(dá)方法是利用電磁波，以脈沖形式通過發(fā)射天線被定向地送入地下，雷達(dá)波在地下介質(zhì)傳播過程中，當(dāng)遇到存在電性差異的地下目標(biāo)體(如空洞，或其它不連續(xù)界面)時，電磁波便發(fā)生發(fā)射，返回到地面時由接受天線所接收。探地雷達(dá)探測原理見圖2。

圖2 探地雷達(dá)探測原理示意圖

2.2 高密度電法儀原理及方法技術(shù)

高密度電法是在常規(guī)電法勘探基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的勘探方法[7-10]。高密度電阻率法的物理前提是地下介質(zhì)間的導(dǎo)電性差異同常規(guī)電阻率法一樣它通過電極A、B向地下供電流I，然后在M、N極間測量電位差UMN，從而可求得該點(M、N之間)的視電阻率值。實際上高密度電阻率法是一種陣列勘探方法，測量時只需要將全部電極(幾十至上百根)沿測線按一定的電極間距布設(shè)在測點上，然后用電纜線將各電極按一定的順序連接到電極轉(zhuǎn)換器和多功能直流測儀上，進入正常測量時，利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和直流電測儀，便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動采集，觀測數(shù)據(jù)將有序地逐次存入隨機存儲器內(nèi)。溫納測深裝置測量方式如下：它的電極排列規(guī)律是：A，M，N，B(其中A，B是供電電極，M，N是測量電極)，AM=MN=NB為一個電極間距，隨著間隔系數(shù)n由nmin逐漸增大到nmax，四個電極之間的間距也均勻拉開。該裝置適用于固定斷面掃描測量，其特點是測量斷面為倒梯形，電極排列見圖3。

圖3 高密度原理示意圖

現(xiàn)場布置5條探地雷達(dá)測線，點距2 m；布置5條高密度電法測線，極距5 m，排列長度150 m，測線布置圖見圖4。

(a)船閘物探平面布置圖

(b)河壩物探平面布置圖

3 物探解釋及成果

3.1 物探解釋

根據(jù)蓑衣灘船閘、泄水閘成果圖SYT-2D-W1～W10，綜合分析如下。

1)由船閘閘墻I-I雷達(dá)圖像可知，淺部雷達(dá)波反射較強，在距上閘首25.00～45.00 m，延伸至墻底有一強反射同向軸；剖面下深20.00～25.00 m出現(xiàn)高頻反射波。

2)由船閘閘墻II-II雷達(dá)圖像可知，在剖面下深4.00、11.00、15.50、20.00 m處出現(xiàn)連續(xù)同向軸。在距下閘首90.00 m處有強反射波出現(xiàn)，延伸至深15.00 m處。

3)由船閘閘墻III-III雷達(dá)圖像可知，在距下閘首40.00、70.00 m處見雙曲線型同向軸，深12.00 m處有強反射同向軸。

4)由船閘閘室IV-IV、V-V、VI-VI雷達(dá)圖像可知，大部分區(qū)域波形連續(xù)性好，淺部都有一連續(xù)強同向軸，無其他異常。

5)由泄水閘上游VII-VII高密度解釋剖面圖可知，在距船閘35.00 m處見高阻異常體，在距船閘50.00 m，深20.00 m處見高阻異常。

6)由泄水閘上游VIII-VIII高密度解釋剖面圖可知，在距船閘50.00 m，深18.00 m處見一高阻異常區(qū)域，在距船閘96.00 m，深15.00 m處見一異常區(qū)域。

7)由泄水閘下游IX-IX高密度解釋剖面圖可知，距船閘25.00 m，深7.00 m處有一低阻異常體。

3.2 物探成果

根據(jù)蓑衣灘樞紐成果分析可得如下結(jié)論。

1)船閘左閘墻，在測線I-I上，推測在距上閘首25.00～45.00 m，深1.00～4.00 m的區(qū)域內(nèi)填土松散，裂隙較多，在該處深19.50～20.00 m范圍為填土與漿砌石的接觸處，該范圍內(nèi)距地表15.00～25.00 m處區(qū)域裂隙也較發(fā)育；在測線II-II上，推測在深1.00～15.00 m范圍內(nèi)為素填土區(qū)域，填土比較松散，有少量裂隙發(fā)育，裂隙發(fā)育區(qū)位于距下閘首90.00～100.00 m處。在15.00.00 m以下為漿砌石區(qū)域；在測線III-III上，推測在距下閘首38.00～40.00 m，深6.00～7.00 m填土松散，可能有小空洞的存在。推測在距下閘首70.00 m，深12.00～14.00 m處漿砌石縫隙較大，形成了小區(qū)域空洞體。推測在地表下深12.00 m處為填土與漿砌石接觸面。

2)船閘閘室，在測線IV-IV、V-V、VI-VI上，推測閘室底部淤泥堆積嚴(yán)重，底部平坦密實性好。

3)泄水閘上游，在測線VII-VII上，推測在該剖面下并無異常存在，溶洞不明顯。在測線VIII-VIII上，推測在距船閘48.00～52.00 m，基巖下6.00～11.00 m有溶洞，洞高5.00 m左右，在河道方向上沒有延伸。

4)泄水閘下游，在測線IX-IX上，推測距船閘25.00～28.00 m，深7.00～10.00 m處有含水溶洞，洞高3.00 m左右；在測線X-X上，未發(fā)現(xiàn)明顯溶洞。病害匯總見表2，異常分布平面見圖5。

表2 病害匯總表

(a)船閘地質(zhì)異常示意圖

(b)河壩物探平面布置圖

4 結(jié) 論

采用探地雷達(dá)和高密度電法兩者相結(jié)合的方法，能較好得到蓑衣灘樞紐工程病害和異常分布圖，根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)和高密度電法探測，顯示閘墻后回填渣土不密實，裂隙較多，墻體漿砌石砂漿脫落或流失較嚴(yán)重，形成滲水通道。且探測顯示泄水閘上、下游局部發(fā)現(xiàn)有4.00 m×5.00 m和3.00 m×3.00 m可疑溶洞。依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2001)(2009版)，本樞紐地表水對混凝土具有微腐蝕。

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