大坝及泄洪系统工程质量物探及灌浆检测

大坝及泄洪系统工程质量物探及灌浆检测

魏杰

长江地球物理探测（武汉）有限公司 湖北武汉 430010

摘要：大坝及泄洪系统工程质量物探检测部位包括大坝、水垫塘、二道坝、及围堰等建筑物。检测的方法主要为单孔声波、钻孔全景图像检测、压水试验、孔内变模、封孔质量取芯、爆破振动监测等。检测项目主要为检测大坝建基面岩体质量、检测大坝建基面开挖爆破松弛深度、检测大坝基础固结灌浆效果、检测大坝拱肩槽上下游边坡岩体松弛深度、检测大坝接缝灌浆质量、检测坝后水垫塘边墙（含下游护岸）岩体松弛深度、检测二道坝建基面岩体质量、检测二道坝基础固结灌浆效果、大坝及二道坝爆破振动监测等。

关键词：大坝及泄洪系统；物探；检测

1检测方法与技术

杨房沟水电站土建工程第三方物探及灌浆检测方法包括：单孔声波、跨孔声波、钻孔变形模量、钻孔全景图像、地震波连续波速测试、地质雷达检测、爆破振动监测、钻孔取芯与封孔、压水试验等。

（1）单孔声波检测。单孔声波检测反映的是沿孔深方向孔壁附近岩体波速值的变化情况，就垂直孔而言，对缓倾角裂隙等反映灵敏，是反映微观的、局部的测试结果。

（2）跨孔声波检测。跨孔声波检测用于了解孔间岩体质量。就垂直孔而言，对陡倾角结构面、裂隙等反映灵敏，是反映宏观的、整体的测试结果。检测时是将收、发换能器分别置于两个钻孔中。

（3）钻孔变形模量检测。钻孔变形模量测试是通过可移动的探头，对钻孔孔壁施加径向压力，测出岩体在压力作用下产生的变形量，根据岩体压力与变形关系曲线求出岩体的弹性模量、变形模量及各向异性参数等的一种试验方法。使用的仪器有钻孔压力仪、钻孔膨胀仪、钻孔弹模计等。钻孔变形模量检测法的优点是：对岩体扰动小，可以在地下水位以下和较深的部位进行。

（4）钻孔全景图像检测。钻孔全景图像检测采用全孔壁数字成像技术。孔壁在摄像头上成的像为一个同心圆环（见钻孔壁成像示意图），把圆环按成图时刻的数字罗盘所记录的角度差值还原展开，再附加上成图时刻由深度记数器所记录的深度信息，就可以得到环行钻孔壁的平面展开图，将钻孔壁的平面展开图按深度拼接就可以得到全孔壁的展开图。也可将平面展开图卷曲还原成钻孔壁复原图。探头采集的图片和录象直接存储到计算机里，通过解释软件就可以分析钻孔的情况。

（5）地震波连续波速测试。岩体的地震波速度是岩体质量一个重要表征参数，它可以反映岩体质量及完整程度。由于地震波的频率较低，其穿透能力较强，因此地震波法是用来测试岩体弹性波速度的重要方法。地震波法测试岩体速度，是通过拾取初至波时间，绘制时距曲线，求得岩体速度。

（6）地质雷达检测。地质雷达（ground penetrating radar，简称GPR），也称为探地雷达或透地雷达。GPR技术是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁技术。通过发射天线向地下介质发射广谱、高频电磁波，当电磁波遇到电性（介电常数、电导率、磁导率）差异界面时就会发生折射和反射的现象，同时介质对传播的电磁波也会产生吸收滤波和散射作用，接收天线接收并记录来自地下的电磁波信号，经过相应的数据处理，根据处理后的数据图像结合工程施工情况就能够对相应的介质情况进行推断解释。

（7）爆破振动监测。基础岩石开挖施工时，要进行爆破作业。为全面准确地了解爆破地震效应对周边重要建筑物及新浇混凝土的影响，需在爆区一定范围布置测点进行爆破振动监测。监测采用电测法测量爆破最大质点振动速度，每次爆破监测之前在选定的监测部位安装传感器，连接爆破自记仪自动记录，通过计算机进行波形分析处理，输出测试成果。为全面准确地了解爆破地震效应，对各动态监测部位都进行竖向分量和水平分量测量。为客观地分析判断爆破振动的破坏影响，应在振动速度观测点附近布置宏观调查区，进行爆破前后宏观调查，将调查结果与振动测点实测成果结合起来综合分析爆破振动影响情况。

（8）钻孔取芯。对帷幕灌浆封孔质量和大坝混凝土进行钻孔取芯随机抽检，通过钻取芯样采取率、照片、芯样抗压试验结果和芯样外观质量来检查评价灌浆效果和大坝混凝土质量。

（9）压水试验。根据招标文件要求，压水试验采用单点法，压水试验压力以孔口压力计。压水试验最大压力为1MPa。

2工程质量物探及灌浆检测

2.1坝基岩体质量检测

（1）检测目的

主要了解坝基岩体质量及爆破对坝基岩体质量的影响程度，判断建基岩体卸荷松弛情况，为建基岩体验收及竣工验收提供完整的物探检测资料，建立工程历史档案，为工程运行管理提供备查资料。

（2）检测工作布置

为了检测大坝建基面岩体质量，综合考虑岩体类别及开挖梯段，检查孔采用均匀布置的原则。坝基及两坝肩岩体质量单孔声波检测，孔间距约10m，检测孔深10m，累计孔深为1520m。坝基岩体质量钻孔全景图像检测抽检声波孔数量的50%，累计孔深为760m。

（3）检测实施方案

随着坝基开挖，大面积岩体被揭示出来，给岩体质量准确评价提供了更为丰富的基础资料，为准确把握坝基岩体质量、确定地质缺陷空间分布及处理范围，随着坝基开挖进行，按不同高程段布置检测孔，综合地质编录资料、检测资料对建基岩体、上下游边坡等部位的岩体质量进行评价，研究坝基声波波速与围岩类别的相互关系。大坝建基面岩体质量检测主要采用单孔声波、钻孔全景图像等方法。在大坝建基面开挖至设计高程后，及时进行建基面岩体质量检测。

为全面评价建基面岩体质量，综合考虑岩体类别及开挖梯段，检查孔采用均匀布置的原则。坝基及两坝肩岩体质量单孔声波检测，孔间距约10m，检测孔深10m，坝基岩体质量钻孔全景图像检测抽检声波孔数量的50%。

在大坝建基面开挖至设计高程后，及时进行建基面岩体质量检测，通过对建基面钻孔声波、钻孔全景图像检测成果分析，查清受裂隙和风化卸荷影响的岩体完整性，对岩体质量进行评价，划分各级岩体范围以及沿坝基纵向深度变化，复核可研阶段设计参数，针对坝基局部出现的断层破碎带及裂隙密集带，增加布置检测孔，通过单孔声波、钻孔全景图像，查明断层及其影响带性状及影响范围，为建基岩体验收及竣工验收提供完整的物探检测资料，建立工程历史档案，为工程运行管理提供备查资料。

2.2坝基固结灌浆质量检测

（1）检测目的

主要用于坝基区的固结灌浆效果评价。灌前查明灌浆前局部波速值相对较低部位，并作为灌浆的重点关注部位，为灌浆施工提供基础资料。灌后检查灌浆质量并进行质量评价。对灌前、灌后的测试结果进行对比统计分析，根据波速值提高率，钻孔全景图像观测的岩石裂隙等地质构造中水泥结石充填状态，压水试验灌后透水率，钻孔变模灌后变模值，评价固结灌浆质量，为设计优化灌浆参数、改进施工工艺提供依据。

（2）检测工作布置

坝基固结灌浆质量单孔声波检测按10%抽检，灌前灌后各5%，累计为6905m，灌后钻孔全景图像检测抽检5%，累计为3452m。坝基固结灌浆质量压水试验按5%抽检，每段5m，累计测段为690段；灌后钻孔变模检测按2%抽检，点距2m，累计测点为690点。

（3）检测实施方案

在坝基岩体固结灌浆施工过程中，进行单孔声波、钻孔全景图像、压水试验、钻孔变模等物探检测，分析各类岩体波速提高情况，结合固结灌浆试验资料，配合设计、地质人员建立各岩级固结灌浆验收标准，综合评价坝基岩体固结灌浆效果。

坝基固结灌浆质量单孔声波检测按10%抽检，灌前灌后各5%，灌后钻孔全景图像检测抽检5%。坝基固结灌浆质量压水试验按5%抽检，每段5m；灌后钻孔变模检测按2%抽检，点距2m。

灌浆前后检测成果整理分析按不同坝块、灌浆区域进行评价。利用灌前检测资料，统计分析各灌浆区域或各岩级波速指标，分析坝基岩体一定深度范围内各级岩体分布规律；对灌浆后检测资料，按其工程部位与灌前资料对比分析，统计声波速度达标率、提高率和提高量，依据灌浆评价标准，综合评价坝基岩体固结灌浆效果。

2.3坝基帷幕灌浆质量检测

（1）检测目的

主要用于检测大坝坝基防渗帷幕灌浆质量。灌浆后的检测成果为判断帷幕是否连续成幕提供重要依据。

（2）检测工作布置

坝基帷幕灌浆质量单孔声波检测按1%抽检，累计孔深为927m；钻孔全景图像检测抽检4%，累计孔深为3711m；压水试验按10%抽检，每段5m，累计测段为1855段。封孔质量取芯按1%抽检，累计取芯长为927m。

（3）检测实施方案

针对地质条件复杂、透水率高的部位，采用单孔声波、钻孔全景图像、压水试验、封孔质量取芯等方法进行帷幕灌浆效果检测，判断帷幕是否连续成幕提供重要依据。

坝基帷幕灌浆质量单孔声波检测按1%抽检；钻孔全景图像检测抽检4%；压水试验按10%抽检，每段5m。封孔质量取芯按1%抽检。

通过灌浆后物探检测，了解基础薄弱部位灌浆效果，为帷幕灌浆质量评定提供资料。

2.4灌浆排水洞、二道坝等工程灌浆固结灌浆质量检测

（1）检测目的

固结灌浆：主要用于灌浆排水洞、二道坝等工程的固结灌浆效果评价。灌前查明灌浆前局部波速值相对较低部位，并作为灌浆的重点关注部位，为灌浆施工提供基础资料。灌后检查灌浆质量并进行质量评价。对灌前、灌后的测试结果进行对比统计分析，根据波速值提高率，钻孔全景图像观测的岩石裂隙等地质构造中水泥结石充填状态，压水试验灌后透水率，评价固结灌浆质量，为设计优化灌浆参数、改进施工工艺提供依据。

帷幕灌浆：主要用于检测二道坝坝基防渗帷幕灌浆质量。灌浆后的检测成果为判断帷幕是否连续成幕提供重要依据。

（2）检测工作布置

灌浆排水洞固结灌质量单孔声波检测10%抽检，累计孔深为3282m；钻孔全景图像检测按5%抽检，累计孔深为1641m；压水试验按5%抽检，每段5m，累计测段为328段。

二道坝基础固结灌浆质量单孔声波检测10%抽检，累计孔深为679m；钻孔全景图像检测按5%抽检，累计孔深为339m；压水试验按5%抽检，每段5m，累计测段为57段。

二道坝基础帷幕灌浆灌浆质量单孔声波检测1%抽检，累计孔深为53m；钻孔全景图像检测按4%抽检，累计孔深为214m；压水试验按10%抽检，每段5m，累计测段为107段；封孔质量取芯1%抽检，累计取芯长为53m。

（3）检测实施方案

在灌浆排水洞、二道坝岩体固结灌浆施工过程中，进行单孔声波、钻孔全景图像、压水试验等物探检测，分析各类岩体波速提高情况，结合固结灌浆试验资料，配合设计、地质人员建立各岩级固结灌浆验收标准，综合评价坝基岩体固结灌浆效果。

灌浆排水洞固结灌质量单孔声波检测10%抽检；钻孔全景图像检测按5%抽检；压水试验按5%抽检，每段5m。

二道坝基础固结灌浆质量单孔声波检测10%抽检；钻孔全景图像检测按5%抽检；压水试验按5%抽检，每段5m。

灌浆前后检测成果整理分析按不同坝块、灌浆区域进行评价。利用灌前检测资料，统计分析各灌浆区域或各岩级波速指标，分析一定深度范围内各级岩体分布规律；对灌浆后检测资料，按其工程部位与灌前资料对比分析，统计声波速度达标率、提高率和提高量，依据灌浆评价标准，综合评价坝基岩体固结灌浆效果。

针对地质条件复杂、透水率高的部位，采用单孔声波、钻孔全景图像、压水试验、封孔质量取芯等方法进行帷幕灌浆效果检测，判断帷幕是否连续成幕提供重要依据。

二道坝基础帷幕灌浆灌浆质量单孔声波检测1%抽检；钻孔全景图像检测按4%抽检，；压水试验按10%抽检，每段5m；封孔质量取芯1%抽检。

通过灌浆后物探检测，了解基础薄弱部位灌浆效果，为帷幕灌浆质量评定提供资料。

2.5大坝边坡、水垫塘及二道坝边坡等预应力锚索孔锚固段岩体质量检测

（1）检测目的

通过对大坝边坡、水垫塘及二道坝边坡等预应力锚索孔进行钻孔全景电视图像检测，分析评价锚固段岩体质量。

（2）检测工作布置

大坝边坡预应力锚索孔锚固段钻孔全景电视图像检测，按10%抽检，锚固段长度按30%计，累计孔深为3246m；

水垫塘及二道坝边坡预应力锚索孔锚固段钻孔全景电视图像检测，按10%抽检，锚固段长度按30%计，累计孔深为670m；

泄洪雾化区处理工程预应力锚索孔锚固段钻孔全景电视图像检测，按10%抽检，锚固段长度按30%计，累计孔深为2073m；

下游河道整治工程预应力锚索孔锚固段钻孔全景电视图像检测，按10%抽检，锚固段长度按30%计，累计孔深为490m；

进水口边坡预应力锚索孔锚固段钻孔全景电视图像检测，按10%抽检，锚固段长度按30%计，累计为213m；

开关站边坡预应力锚索孔锚固段钻孔全景电视图像检测，按10%抽检，锚固段长度按30%计，累计孔深为755m；

尾水出口边坡预应力锚索孔锚固段钻孔全景电视图像检测，按10%抽检，锚固段长度按30%计，累计孔深为333m；

缆机建安工程预应力锚索孔锚固段钻孔全景电视图像检测，按10%抽检，锚固段长度按30%计，累计孔深为98m。

（3）检测实施方案

按照锚索孔的10%进行抽检，锚固段长度按30%计算。

利用钻孔全景电视图像对大坝边坡、水垫塘及二道坝边坡等预应力锚索孔进行检测，分析评价锚固段岩体质量。

2.6坝基开挖爆破振动监测

（1）检测目的

为确保施工工期、质量和安全，降低爆破对工程施工费用的影响，在爆破开挖施工过程中，对规模爆破进行振动监测，分析爆破振动影响，复核被监测部位的爆破振动参数，并作出评估，指导施工。

（2）检测工作布置

坝基开挖过程进行爆破振动监测，按20点·次。

（3）检测实施方案

爆破振动监测主要用于监测开挖爆破振动质点速度，主要对坝基开挖进行监测，若复核爆破振动参数，则按近（爆源）密远疏的规律布置测点，测点数不少于6个。

按设计文件要求或委托人指示布置监测点，监测点布置在靠近爆源的对震动敏感的位置或建（构）筑物上，每一监测点布置铅直向、水平径向和水平切向三个方向的传感器。

资料整理分析包括读取各监测点的三个方向质点振动幅值与主频，计算三个方向质点振动速度。根据设计爆破振动安全允许标准，评价和判定爆破振动对监测目的体的破坏影响程度，复核被监测部位的爆破振动参数，并作出评估，指导施工。

2.7预应力锚杆验收试验

（1）检测目的

按照《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB 50086-2015）中相关规定对预应力锚杆进行多循环张拉验收试验并出具检测报告，评价是否满足设计要求。

（2）检测工作布置

按预应力锚杆总量的5%抽取，检测数量600根。评价指标由总承包人设计技术要求中明确。

（3）检测实施方案

按照《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB 50086-2015）   中相关规定对预应力锚杆进行多循环张拉验收试验并出具检测报告，评价是否满足设计要求。按预应力锚杆总量的5%抽取。

3结语

本文结合项目特征，介绍了多种物探检测方法及其在大坝及泄洪系统工程中的应用，通过检测掌握坝基岩体质量及爆破对坝基岩体质量的影响程度，判断建基岩体卸荷松弛情况，为建基岩体验收及竣工验收提供完整的物探检测资料，建立工程历史档案，为工程运行管理提供备查资料。

作者简介：魏杰，1985年10月生，男，籍贯湖北监利，大学本科学历，工程师，物探、地质勘察方向。