蓑衣滩枢纽工程现场物探勘察方法应用

梁璐茵

(湖南华城检测技术有限公司，湖南 长沙 410017)

0 前 言

蓑衣滩枢纽是连江航运渠化梯级的第九级，从本梯级起，连江航运渠化梯级进入了广东省英德市，位于英德市大湾镇旁，距上一梯级青霜枢纽16 km，与下一梯级黄茅峡枢纽相距11.5 km。于1973年5月动工兴建，1975年10月1日船闸通航。枢纽的布置，从左到右为船闸、江佐水电站、泄水闸、水轮泵站、南塘水电站，上闸首与泄水闸大致平齐。船闸布置在左岸，建基为砂卵石地基，上下闸首采用钢筋混凝土筏式基础，边墩为分离重力式结构，浆砌石砌筑，混凝土预制块件砌面。连江加固工程将右闸墙拆除重建，左闸墙考虑站房的安全没有重建。泄水闸为堆石结构，建基为砂卵石，泄水闸全长248.0 m，共56闸孔，其中40孔为旋倒门，4孔为提升门(底下设有底孔门)。泄水闸面工作桥作为两岸群众交通通道，上闸首设有人行桥，有摩托车通过。枢纽全貌见图1。

图1 枢纽全貌

1 坝基岩土工程条件

蓑衣滩枢纽位于英德市大湾镇北西约8 km，左岸有简易公路相通。为连江上的第九个航运梯级，连江自北西向南东流经本枢纽，河床宽200～450 m，坝轴线处宽约320 m。河床底高程在坝轴线上游36.5～42.3 m，下游36.4～39.0 m，上游比下游略高，河床覆盖1～5 m的砂卵砾石层。左右两岸均为河流一级阶地，右岸呈狭长条带状，宽仅100～250 m，左岸则多超过1 000 m，且往下游更宽。阶面高程44～48 m。阶地后缘为丘陵，山顶高程84～106 m，山坡坡角10°～20°。拦河坝建于河床及两岸上，左、右岸均为河流一级阶地，坝基岩土结构简述如下：①人工填土：分布于左、右两岸，灰黄色，成分主要为含泥砂卵砾石及黏性土，松散～中密，厚约7.2 m；②混凝土：分布于河床，灰色，主要成分为灰岩碎块、卵砾石及水泥砂浆，中等～强透水，厚度2.0～6.0 m；③砂卵砾石：全线均有分布，灰色，以卵、砾石为主，含少量中粗砂及黏性土，稍密～中密状，中等～强透水，厚度0.6～19.6 m；④泥盆系中下统桂头群(D1-2gt)：分布于河床及两岸覆盖层之下，为浅灰、灰黄色薄层～中厚层状砂岩、粉砂岩、页岩等，多呈全风化土状，标贯击数19～45击，渗透系数1.5×10-3～8.1×10-5cm/s，为中等～弱透水。

2 现场物探勘察方法及成果

由于勘查目的为查找枢纽闸室和泄水闸下方的溶洞、溶槽、溶沟，地下空洞物探相对于围岩而言拥有不同的介电阻率特性，若低下空洞保存完善且没有受到地下水侵蚀，就会出现高电阻率特征，且电磁波在界面在界面处有强反射，反之则表现为低电阻率特征[1-3]。工作区主要介质的介电常数和电阻率见表1。

表1 工作区主要介质介电常数和电阻率

2.1 探地雷达原理及方法技术

探地雷达方法是20世纪70年代发展起来的一种用于确定地下介质分布的广普电磁法，它系统、高度地集中了现代高新技术领域的最新成就。探地雷达以其经济、无损、快速而直观的特点成为浅部地球物理勘察的最主要的工具之一[4-6]。探地雷达方法是利用电磁波，以脉冲形式通过发射天线被定向地送入地下，雷达波在地下介质传播过程中，当遇到存在电性差异的地下目标体(如空洞，或其它不连续界面)时，电磁波便发生发射，返回到地面时由接受天线所接收。探地雷达探测原理见图2。

图2 探地雷达探测原理示意图

2.2 高密度电法仪原理及方法技术

高密度电法是在常规电法勘探基础上发展起来的一种新的勘探方法[7-10]。高密度电阻率法的物理前提是地下介质间的导电性差异同常规电阻率法一样它通过电极A、B向地下供电流I，然后在M、N极间测量电位差UMN，从而可求得该点(M、N之间)的视电阻率值。实际上高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，测量时只需要将全部电极(几十至上百根)沿测线按一定的电极间距布设在测点上，然后用电缆线将各电极按一定的顺序连接到电极转换器和多功能直流测仪上，进入正常测量时，利用程控电极转换开关和直流电测仪，便可实现数据的快速和自动采集，观测数据将有序地逐次存入随机存储器内。温纳测深装置测量方式如下：它的电极排列规律是：A，M，N，B(其中A，B是供电电极，M，N是测量电极)，AM=MN=NB为一个电极间距，随着间隔系数n由nmin逐渐增大到nmax，四个电极之间的间距也均匀拉开。该装置适用于固定断面扫描测量，其特点是测量断面为倒梯形，电极排列见图3。

图3 高密度原理示意图

现场布置5条探地雷达测线，点距2 m；布置5条高密度电法测线，极距5 m，排列长度150 m，测线布置图见图4。

(a)船闸物探平面布置图

(b)河坝物探平面布置图

3 物探解释及成果

3.1 物探解释

根据蓑衣滩船闸、泄水闸成果图SYT-2D-W1～W10，综合分析如下。

1)由船闸闸墙I-I雷达图像可知，浅部雷达波反射较强，在距上闸首25.00～45.00 m，延伸至墙底有一强反射同向轴；剖面下深20.00～25.00 m出现高频反射波。

2)由船闸闸墙II-II雷达图像可知，在剖面下深4.00、11.00、15.50、20.00 m处出现连续同向轴。在距下闸首90.00 m处有强反射波出现，延伸至深15.00 m处。

3)由船闸闸墙III-III雷达图像可知，在距下闸首40.00、70.00 m处见双曲线型同向轴，深12.00 m处有强反射同向轴。

4)由船闸闸室IV-IV、V-V、VI-VI雷达图像可知，大部分区域波形连续性好，浅部都有一连续强同向轴，无其他异常。

5)由泄水闸上游VII-VII高密度解释剖面图可知，在距船闸35.00 m处见高阻异常体，在距船闸50.00 m，深20.00 m处见高阻异常。

6)由泄水闸上游VIII-VIII高密度解释剖面图可知，在距船闸50.00 m，深18.00 m处见一高阻异常区域，在距船闸96.00 m，深15.00 m处见一异常区域。

7)由泄水闸下游IX-IX高密度解释剖面图可知，距船闸25.00 m，深7.00 m处有一低阻异常体。

3.2 物探成果

根据蓑衣滩枢纽成果分析可得如下结论。

1)船闸左闸墙，在测线I-I上，推测在距上闸首25.00～45.00 m，深1.00～4.00 m的区域内填土松散，裂隙较多，在该处深19.50～20.00 m范围为填土与浆砌石的接触处，该范围内距地表15.00～25.00 m处区域裂隙也较发育；在测线II-II上，推测在深1.00～15.00 m范围内为素填土区域，填土比较松散，有少量裂隙发育，裂隙发育区位于距下闸首90.00～100.00 m处。在15.00.00 m以下为浆砌石区域；在测线III-III上，推测在距下闸首38.00～40.00 m，深6.00～7.00 m填土松散，可能有小空洞的存在。推测在距下闸首70.00 m，深12.00～14.00 m处浆砌石缝隙较大，形成了小区域空洞体。推测在地表下深12.00 m处为填土与浆砌石接触面。

2)船闸闸室，在测线IV-IV、V-V、VI-VI上，推测闸室底部淤泥堆积严重，底部平坦密实性好。

3)泄水闸上游，在测线VII-VII上，推测在该剖面下并无异常存在，溶洞不明显。在测线VIII-VIII上，推测在距船闸48.00～52.00 m，基岩下6.00～11.00 m有溶洞，洞高5.00 m左右，在河道方向上没有延伸。

4)泄水闸下游，在测线IX-IX上，推测距船闸25.00～28.00 m，深7.00～10.00 m处有含水溶洞，洞高3.00 m左右；在测线X-X上，未发现明显溶洞。病害汇总见表2，异常分布平面见图5。

表2 病害汇总表

(a)船闸地质异常示意图

(b)河坝物探平面布置图

4 结 论

采用探地雷达和高密度电法两者相结合的方法，能较好得到蓑衣滩枢纽工程病害和异常分布图，根据地质雷达和高密度电法探测，显示闸墙后回填渣土不密实，裂隙较多，墙体浆砌石砂浆脱落或流失较严重，形成渗水通道。且探测显示泄水闸上、下游局部发现有4.00 m×5.00 m和3.00 m×3.00 m可疑溶洞。依据《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)(2009版)，本枢纽地表水对混凝土具有微腐蚀。

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