物探方法在灌浆质量评价中的应用

刘 凯，宋伟健，杨嘉明，刘 拓

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130062）

0 引言

近年来，水利水电工程的发展速度喜人，为人民生活提供了很多方便，水电、自来水等已经走进千家万户。但随之而来的工程质量问题也层出不穷，许多水利水电工程都伴随着渗漏和裂缝的出现，严重制约着水利水电工程的发展，所以施工阶段的灌浆质量检测和评价的重要性越来越凸显。文中结合在山东XX抽水蓄能电站下水库工程固结灌浆施工过程中采用压水试验检测、钻孔数字成像检测、单孔声波检测3种物探方法对影响的灌浆质量的透水率、裂缝填充情况、纵波速度变化三方面进行检测，取得了令人满意的结果。

1 方法工作原理

此次选用的3种物探方法均具备操作简单，原理易懂，结果直观地优点。

1.1 压水试验工作原理

压水试验工作原理：用高压方式把水压入钻孔，根据岩体吸水量计算了解岩体裂隙发育情况和透水性的原位试验。压水试验用专门的止水设备把一定长度的钻孔试验段隔离出来，然后用固定的水头向这一段钻孔压水，水通过孔壁周围的裂隙向岩体内渗透，最终渗透水量会趋于一个稳定值。透水率可以直观的反应出岩体裂隙间的联通性。

根据压水水头试验长度，稳定深入水量，可以判断岩体透水率强弱。

式中：q为渗透率，Lu；Q为压入流量，L/min；P为作用于试验段内的全压力，MPa；L为试验长度，m。

公式定义：压水压力位1 MPa时，每米时段长度每分钟注入水量1 L时称为1 Lu。

单点法压水试验即采用单一压力，压水时间20 min，计算透水率的方法。

1.2 钻孔数字成像工作原理

钻孔数字成像原理是：采用井下全景摄像机摄取孔壁四周图像，采用先进的DSP图像采集与处理技术，实时地采集、处理、保存得到由磁北开始顺时针方向展开的全孔壁连续的数字图像，图像自左到右与钻孔0～360°孔壁相对应，图像上可清晰的观察岩层的节理、裂隙、断层、薄层等地质构造。

根据钻孔数字成像图像可以直观的看出岩层的节理、裂隙、断层等地质构造的灌浆填充情况，已填充的地质构造能看到明显的灰白色水泥浆液覆盖，未填充的地质构造维持原样无变化。

1.3 单孔声波工作原理

声波测井的基本原理是：使用一发双收声波探头，由发射换能器发射沿孔壁岩体传播的超声波，用两接收换能器间距除以声波在两接收换能器间传播的时间差，即可得到两接收换能器间孔壁岩体的声波纵波速度，纵波速度可以直观地反应出岩体的稳固性。

灌浆单孔声波检测，分为灌前检测和灌后检测，根据灌前、灌后的声波纵波速度对比，可以清晰地反应出岩体纵波速度的变化。

2 工程概况

2.1 工程简况

山东某水蓄能电站位于山东省临沂市境内，距临沂市公路里程69 km，距济南市公路里程264 km，交通便利。属一等大（1）型工程，规划装机容量1 200 MW，装机4台，单级混流可逆式水泵水轮机，单机容量300 MW。电站建成后，在山东电网系统中承担调峰、填谷、调频、调相、事故备用及黑启动。

下水库库区内沟谷断面形态呈不对称的宽缓“V”字型，两岸山脊高程212～480 m，谷底高程150～212 m，谷底宽30～120 m。出露地层岩性为花岗闪长岩、二长花岗岩和角闪闪长岩。第四系洪积层和崩积层松散堆积物分布于沟底及岸坡处，厚0.5～8 m。下水库发现有3条断层和4条挤压破碎带，走向为NW向和NE向，断层规模较小，挤压破碎带延伸长度一般小于1 000 m，破碎带宽度大于1.0 m。

2.2 任务目的

下水库大坝趾板在浇筑过程中，要进行固结灌浆处理，以达到防渗加固的作用，由于灌浆工程施工条件复杂隐蔽,其工程效果受到很多因素的影响,固结灌浆完成后,灌浆质量的好坏,防渗效果如何,都需对其质量、效果进行评定。此次在原始的以灌浆施工资料进行灌浆质量的分析的基础上引进物探方法对灌浆质量进行检测和评价。

2.3 工作方法及布置

此次工作选用压水试验、单孔声波和钻孔数字成像3种方法对正在进行的下水库灌浆质量进行检测和评价。

此次选取工作单元，共布置灌浆孔10个，根据规范要求大于5%布置灌前、灌后检查孔，孔深6 m，孔径75 mm，布置如下：

灌后压水试验检查孔1个；灌后钻孔数字成像检查孔1个；灌前声波检查孔1个，灌后声波检查孔1个（原孔检测）；要求灌后3个检查孔不是同一钻孔。

3 成果分析

3.1 压水试验成果分析

根据表1得出，钻孔压水透水率稳定值为0.34 Lu，小于设计防渗标准灌浆后帷幕体的透水率小于3 Lu。满足评价标准，判定为合格。

表1 单点法压水试验记录表

3.2 钻孔数字成像成果分析

根据表2得出，灌后深度0～6.2 m，共有节理12条，缝宽0.026～0.262 cm；填充良好，填充率100%，判定为合格。

3.3 单孔声波成果分析

根据表3得出，灌前薄弱段1.4～1.8，2.80～3.0，4.2～4.4 m，灌后都有明显提升，纵波速度值均达到4 km/s以上，达到设计标准，反应出强度明显提升。灌前稳定段，灌后波速未出现明显下降，反应出灌浆压力合适，没有强度降低的情况出现。

根据规程规范，灌后全孔段均不存在小于标准值3.5 km/s的测试值。

对灌前灌后进行分析对比，灌后波速平均值提升4.95%，判定为合格。

表2 钻孔数字成像成果表

4 成果结论

1）通过压水试验方法能够直观反应出在设计标准压力下，灌浆后岩体的透水率情况，证明了此次灌浆能够达到固结岩体的作用，并取得良好的效果。

2）通过钻孔数字成像法能够直观的反应出岩体中裂缝的充填情况，充填的裂缝颜色表现为水泥浆的亮灰色，此次灌浆试验填充率达到100%。

3）通过单孔声波法能够直观反应出岩体在灌前灌后纵波速度的变化，灌前薄弱段，波速有明显提升；灌前稳定段，波速未出现明显下降，反应出灌浆压力合适，没有强度降低的情况出现。

通过3种物探方法检测，评定此次固结灌浆单元合格，达到设计标准。

5 结语

在传统的以灌浆资料为基础的灌浆质量评价基础上，引进物探方法取得了更直观、更明确的资料，对影响灌浆质量的透水率、裂缝填充情况、纵波速度变化三方面给出了明确的物理结果，能直观反映出灌浆前后岩体的强度和渗透性的变化。物探方法可以作为灌浆评价方法的一种强有力的补充。

表3 灌浆单孔声波检测成果表

［1］中国水利电力物探科技信息网编著.工程物探手册［M］.北京：中国水利水电出版社，2011.

［2］曾宪强，毋光荣，郭玉松主编.水利水电工程物探技术［M］.郑州：黄河水利出版社，2003.