电测探法在李溪拦河坝重建工程溶洞勘察中的应用

陈浩

(广州市水务规划勘测设计研究院，广州 510640)

1 工程概况

1.1 项目背景

李溪拦河坝位于流溪河下游广州市花都区花东镇李溪村，是一座具有灌溉、引水、发电、水环境水生态等多种功能的水利枢纽工程。拦河坝(闸)高8 m，坝长275.50 m，正常蓄水位高10.51 m，附属水工建筑物有一级、二级消力池，混凝底板海漫，海漫外浆砌石及抛石护坡，左、右岸建有装机容量1 250 kW小型水电站，采用粘土铺盖防渗。原设计过闸流量为1 980 m3/s，属大(二)型拦河水闸工程。该水利枢纽工程已运行近40 a，由于存在诸多工程安全隐患及工程老化，现决定在拦河坝(闸)原轴线位置拆除重建。消能设施、电站等不变。

1.2 区域地质情况

图1 1∶5万区域地质图

2 勘察方法与工作布置

根据现场调研及设计资料显示，本次钻孔的间距和深度均无法满足电磁波CT成像、探地雷达有效探测深度等要求。因此，为尽可能探清坝址区溶洞发育特征，本场地采用了电测探法对坝址区溶洞发育特征进行探测，但由于探测场地存在的高速水流、发电站、大量钢筋混凝土建筑等都对导电体的导电性能有较大影响，导致电测探法成果的准确率有所降低，为验证电测探法结果的准确性，并为重建坝址区溶洞发育评价提供准确依据，本次勘察还结合地质勘察技术对电测探法结果进行验证。

2.1 电测探法

电测探法主要采用高密度电法，其基本原理与电阻率法一致，但相对设置了更多的观测点，操作时，将电极布置在设计的测点上，利用程控电极转换装置和微机工程电测仪，进行观测。工作仪器采用重庆地质仪器厂生产的DUK-2A型高密度电法测量系统1套，其主要性能指标满足《电阻率测深法技术规程》(DZ/T0072-93)。本项目计划坝轴线方向设置4条测线，分别为L1、L2、L3、L4，测线总长度930 m，测线具体布置如图2所示。

2.2 地质勘察

采用现场压水、钻探等综合地质勘察方法，对重建坝址区域的地层岩性、区域构造稳定性进行调查，确定工程场地岩溶发育情况，并对电测法的准确性进行验证。钻探工作执行主要按照《水利水电工程地质勘察规范》GB50287-99、《土工试验方法标准》GB/T50123-1999、《岩土工程勘察规程》GB50021-2001等相关的规程、规范进行。计划地质勘察钻孔18孔，其中技术孔8孔，鉴别孔10孔，平均孔深20 m，约总进尺360 m左右。由于费用等原因，在征得业主同意后，本次勘察完成钻孔17个，如图2所示，钻孔编号为SZK1～SZK12、ZK2- ZK6。其中，技术孔8个，分别为ZK2～SZK6、SZK8、SZK110、SZK11；鉴别孔9个，分别为SZK1-SZK7、SZK9、SZK12，钻孔具体位置见图2所示。

图2 测线及测点布置示意图

3 勘测成果分析

3.1 电测探法结果分析

高密度电法得到了各测线反演剖面，如图3所示，电测探曲线形态主要为“H”型和“A”型，“H”型形态电测探曲线表现为：混凝土电阻率较高为200～500 Ω·m，素填土，砾砂，粉质粘土，中砂等电阻率较低为50～150 Ω·m，下伏基岩灰岩的电阻率为8 000 Ω·m左右；“A”型形态电测探曲线表现为：河水、素填土，砾砂，粉质粘土，中砂电阻率较为50～150 Ω·m，下伏基岩灰岩的电阻率为1 000 Ω·m左右。浅部为低阻(蓝色区域)，深部为高阻(红色区域)，根据测区内地质特点，低阻层可解释为覆盖土层(包括强风化粉砂岩及弱风化粉砂岩、灰岩薄夹层)，高阻层解释为灰岩，而高、低异常分界线大致反映基岩起伏。

图3 高密度电法反演断面图

总结本工作区域异常判断原则，剔除假异常的干扰，对所有探测剖面进行异常判断，各测线异常位置汇总表见表1。可知，L1、L2、L3、L4测线分别有3处、2处、3处、1处异常点，均处于顶部埋深18.90～25.90 m，各异常点高度范围处于1.30～2.50 m。图4为综合地质解释剖面图，可知，在测线范围内圈定了9个灰岩岩体岩溶发育区(红色溶洞区域)，大多集中在ZK3-ZK5、SZK2与SZK6之间、SZK9、SZK10与SZK11之间。岩溶总体呈现灰岩顶面附近发育的特征，岩溶发育规模不大，数量较少，洞径大小及深度无一定规律，小的洞高只有0.40～0.60 m，但大的洞径达4.00 m。

图4 综合地质解释剖面图

表1 各测线岩溶异常位置表

3.2 钻探勘察结果

3.2.1 压水试验结果

为测定微风化炭质灰岩的单位吸水量，并以其换算求出渗透系数，用以说明微风化炭质灰岩的透水性和裂隙性及其随深度的变化情况，为论证坝基岩体的完整性和透水程度，以及制定防渗措施和基础处理方案等提供重要依据，本次勘察在钻孔SZK8、SZK9、SZK10位置布置3组压水试验，如表2所示。

表2 压水试验成果表

3.2.2 钻探勘察结果

为进一步验证电测探法对坝址区溶洞发育勘察结果的准确性，对坝址防渗墙轴线位置钻孔勘察，采取全岩芯钻探，分析不同深度岩层情况。结果见表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，具体位置如图4所示(蓝色溶洞)。

表3 钻探勘察成果表

根据抽水、压水试验及钻探勘察成果，可知，坝基微风化炭质灰岩渗透性等级为弱～中等透水，说明岩体局部存在空洞、裂隙。此外，钻探勘察结果与电测探法结果存在一定差异，特别是ZK2、ZK6、SZK1-SZK9钻孔区域，其中，ZK2和ZK6钻孔区域钻探勘察结果显示在19.00～20.40 m和11.50～12.10 m处存在溶洞，而电测探法结果却无法显示溶洞；SZK1-SZK9钻孔区域电测探法勘察结果显示在15.00～20.40 m处存在多个溶洞，而钻探勘察结果却未显示，其他钻孔区域两种勘察结果溶洞位置基本一致。这表明当探测场地存在影响导电体的导电性能的不确定因素时，电测探法勘察结果的准确率确实有所下降，为更准确的揭示地层岩溶发育信息，还需结合传统地质勘察对其结果进行补充。综上所述，针对李溪拦河坝重建坝址区这种具有复杂地质条件的工程进行勘测，想要提高勘测结果的准确性，有必要采用多种勘测同时进行勘测。

4 结语

李溪拦河坝重建工程坝址区及垂直防渗墙位置的地质条件复杂，通过电测探法及钻探勘察综合分析，查明了李溪拦河坝重建工程坝址区及垂直防渗墙位置的岩溶发育情况，有效解决了岩溶发育、破碎带分布问题，为设计提供了更精确的地质资料和参数。同时，坝址区域沿坝轴线均有不同程度的溶洞发育，且多为粘土填充溶洞，埋深多集中在13.70～33.50 m。因此，可利用钻孔注浆的方式对溶洞进行处理，以避免溶洞对工程带来的不利影响。