正义峡坝址基础岩体灌浆质量检测

摘要：采用声波测井、地震CT等综合物探方法，对正义峡水库坝址基础岩体固结灌浆质量进行检测，基本查明了坝基岩体固结灌浆后的质量状况，取得了良好的应用效果。

关键词：正义峡水库 固结灌浆 声波测井 地震CT

0 前言

　　当坝基岩体存在破碎或局部的不连续架空裂隙时，破坏了岩体的均一性。为了改善基础岩体的力学性能，增强坝基整体性，减少沉陷变形，需要对坝基岩体进行灌浆处理。利用物探原位对比技术，可对坝基岩体灌浆质量进行全面检测，为坝基岩体灌后质量的评价和利用提供了科学依据。该技术作为工程质量检测的重要手段，以其简便、快速、经济等优点，受到工程技术人员的青睐和重视，并在工程质量检测中，通过对岩土体的原位对比测试，了解岩土体结构性状，计算岩土体的动力学参数，以便对工程质量进行分析和评价，得到愈来愈广泛的应用，使其在工程质量检测中不断得到总结、完善、提高和发展。

1 地质概况

黑河正义峡水库坝址位于甘肃省高台县境内的黑河干流中游末端峡谷入口处。坝型为粘土心墙土石坝，坝高35.5m，库容4.77×10⁸m³。

坝址区为一不对称“U”型河谷，主河槽偏于左岸。河谷底部宽约220m，河水面宽约50m。河谷松散堆积物发育，Ⅰ级阶地上部为砂土层，厚4～6m；下伏砂砾碎石层，厚3～7m。河床地段为含块石砂砾碎石层，厚4～7m。右岸坡脚砂梁组成物质为粉细砂，厚20m以上。坝基岩体主要为花岗岩，间有花岗斑岩和黄斑岩岩脉，强风化层厚度一般不超过3m，多属Ⅲ类岩体，局部为Ⅱ、Ⅳ类。

坝址区断层多为陡倾角，成压性或压扭性。构造线以北西西向为主，NE向断层多错断EW向断裂。节理以陡倾角为主，一般长2～5m，以平直的扭裂面为主，部分呈舒缓波状，有高龄土化或绿泥石膜充填。坝基顺河向断层主要有F₆和F₁₆，破碎带宽分别约为0.7～3.0m和12.4m，构造岩多为断层泥、糜棱岩或破碎岩，并充填有石膏，可溶盐含量高达11%。断层F₁与坝轴线近垂直穿过左坝肩，破碎带宽约0.8m。断层F₁₄斜切右坝肩，岩体完整性较差，浅部尤为破碎，构成绕坝渗流的良好通道。

坝基砂砾碎石层属中等～强透水性，其渗透系数平均值为16.42m/d；基岩赋水性和透水性受岩体结构、构造和地形控制，极不均一，渗透系数最小1.9×10^-2m/d，最大42.32m/d。

2 检测方法

2.1 声波测井

以岩土体的弹性特征为基础，通过测定岩土体的声波传播速度及其它声学特点(如声波传播幅度、频率及衰减等)的不同，达到研究地层特性的目的。

实测工作在钻孔内进行，且由下而上逐点测试，测试点距0.2m。

声波测井的测试流程为Ⅰ序孔灌浆前→Ⅰ序孔灌浆后→Ⅱ序孔灌浆后→Ⅲ序孔灌浆后。

2.2 地震波CT技术

以岩土体的弹性特征为基础，通过测定孔间岩土体的地震波传播速度，进行地震波CT成像分析，达到对孔间岩土体的研究和评价之目的。

实测工作以两个固定钻孔为测试孔对，在两个固定钻孔内进行相向激发和接收。激发震源为雷管，激发间距为1m，接收间距为2m。

地震CT的测试流程为Ⅰ序孔灌浆前→Ⅰ序孔灌浆后→Ⅱ序孔灌浆后→Ⅲ序孔灌浆后。

3 资料解释与成果分析

3.1 声波测井

根据野外实测数据分别按⑴、⑵式计算两接收换能器间岩体的纵波速度V_P、灌浆波速提高率R(记录点为两接收换能器的中点)。

①岩体纵波速度V_P

V_P=L/△t ……………………………………………………… ⑴

式中： L——两接收换能器间距(m)；

△t——两接收换能器间声波旅行时差(s)；

②灌浆波速提高率R

R=(V_P1-V_P2)/V_P1×100% ……………………………………… ⑵

式中： V_P1——灌浆前岩体纵波速度(m/s)；

V_P2——灌浆后岩体纵波速度(m/s)；

由野外实测获得的声波速度，可得以下基本成果：

⑴灌浆前岩体声波速度为1570～6280m/s，平均速度为4550m/s，波速统计标准差为810m/s；而第一灌浆段(孔深8～12m)平均波速为3970m/s，波速统计标准差为1120m/s，说明该段岩体破碎，完整性较差。

⑵Ⅰ序灌浆后岩体声波速度为2000～5940m/s，平均速度为4680m/s，波速统计标准差为590m/s，最低波速和平均波速较灌浆前均有提高，平均波速提高率为2.8%；尤其在第一灌浆段(孔深8～12m)岩体波速提高最为显著，平均波速提高率为10.6%。

⑶Ⅱ序灌浆后岩体声波速度为2440～6110m/s，平均速度为4790m/s，波速统计标准差为580m/s，最低波速和平均波速较灌浆前均有提高，相对灌浆前平均波速提高率为5.3%。

⑷Ⅲ序灌浆后岩体声波速度为2500～6280m/s，平均速度为4830m/s，波速统计标准差为560m/s，最低波速和平均波速较灌浆前均有提高，相对灌浆前平均波速提高率为6.2%。

⑸经分析灌浆前、后不同灌浆序次的声波测试统计结果(见表1、表2)可知：经Ⅰ序、Ⅱ序、Ⅲ序灌浆后，声波平均波速较灌浆前均有提高，且整体趋于稳定；V_P≤2500m/s的测点数由灌浆前的3.7%降至为Ⅲ序灌浆后的1.1%，而V_P≥5500m/s的测点数由灌浆前的4.9%提升为Ⅲ序灌浆后的14.1%。表明灌浆区内岩体完整性得到改善。

表1　　灌浆前、后声波平均波速提高率统计表

表2　　灌浆前、后声波波速分布统计表

3.2 地震波CT测试

在外业实测的地震波CT原始记录上，读取每一接收道的直达波初至时间，应用“WYS97工程CT软件”进行处理，从而获得两固定测试孔间每一成像单元的波速值，然后利用SURFER等值线处理软件，绘制出Ⅰ序孔灌浆前、Ⅰ序孔灌浆后、Ⅱ序孔灌浆后、Ⅲ序孔灌浆后两固定测试孔间的波速等值线图(为节省篇幅，附图略)。

处理时，采用直射线联合迭代法，岩体空间成像网格单元划分为0.5×0.5m²，迭代次数一般为15～20次，计算残差小于3.0。

由测试孔间地震波速等值线分布图，结合孔间岩体地质情况，可得以下基本成果：

⑴灌浆前岩体地震波速度自上而下有逐渐增大的趋势，且波速等值线多呈“团块”状分布，反映出岩体结构特征；测试孔间岩体平均波速为3340m/s，而第一灌浆段(孔深8～12m)岩体波速大都小于3000m/s，平均波速为2930m/s，说明该段岩体破碎，完整性较差。

⑵Ⅰ序灌浆后岩体波速低于3000m/s等值线范围与灌浆前相比缩小，而波速大于3600m/s等值线的范围增大(向上延伸)；测试孔间岩体平均波速为3410m/s，较灌前提高2.1%；其中第一灌浆段(孔深8～12m)岩体波速平均值为3070m/s，较灌浆前提高4.8%。

⑶Ⅱ序灌浆后与Ⅰ序灌浆后的岩体波速分布规律基本相似，但波速低于3000m/s等值线范围与灌浆前相比明显缩小，而波速大于3600m/s等值线的范围向上延伸显著；测试孔间岩体平均波速为3510m/s，较灌浆前提高5.1%。

⑷Ⅲ序灌浆后与灌浆前、Ⅰ序灌浆后、Ⅱ序灌浆后的岩体波速分布规律发生明显变化，波速等值线“团块”状基本消失，波速3600m/s等值线的范围向上延伸至孔口附近；测试孔间岩体平均波速为3680m/s，较灌前提高10.2%。其中第一灌浆段(孔深8～12m)岩体波速平均值为3460m/s，较灌浆前提高18.1%。

⑸经分析灌浆前、后不同灌浆序次的地震CT波速统计结果(见表3)可知：经Ⅰ序、Ⅱ序、Ⅲ序灌浆后，各灌浆段平均波速较灌浆前均有提高，且随着灌浆序次的增加，岩体完整程度逐渐增强，尤以Ⅲ序灌浆后的效果最为显著。

表3　　灌浆前、后测试孔间地震CT平均波速提高率统计表

4 结论

⑴灌浆孔声波测井及两固定测试孔间地震波CT测试的波速均有提高这一现象表明，灌浆试验区内的岩体具有一定的可灌性。

⑵Ⅰ序、Ⅱ序、Ⅲ序灌浆后岩体的弹性波速均有提高及两固定测试孔间地震波CT测试的波速等值线形状发生变化这一现象表明，灌浆试验区内的岩体在灌浆后的整体强度得到改善，尤其Ⅲ序灌浆后效果最为显著。

⑶对比声波测井和地震CT测试结果可知，声波测井的波速值普遍高于地震波CT测试的波速值。虽然两者均属于弹性波的范畴，但由于两者的震源扰动机制、波源频率、测段长度的不同以及测试岩体具有的低通滤波作用的影响，加之声波测井均在原灌浆孔进行，灰浆充填，孔壁岩体光滑、完整，从而提高了测试结果，而地震波CT测试是在两测试孔之间进行，灰浆对孔壁岩体的充填，对其测试结果的影响不大。因此说，地震波CT测试更能客观地评价灌浆试验的灌浆效果。