物探在水利水电工程中的应用及成果综述

电力18讯：    摘 要：简要回顾了黄河沙坡头水利枢纽工程在不同设计阶段所投入的物探工作及其具体方法和技术，通过物探测试成果的综合分析和实际应用效果介绍，说明了物探技术在水利水电工程中的作用和前景。  

关键词：综合物探 坝基岩体 固结灌浆 工程检测  

1 工程概况

黄河沙坡头水利枢纽工程为国家2000年西部大开发十大项目之一，位于宁夏回族自治区中卫县境内，其上游12.1km为拟建的大柳树水利枢纽，下游122km为已建成的青铜峡水利枢纽。工程区距自治区首府银川市200km，距中卫县城20km。地处黄河上游干流上，南依香山山脉北麓，北邻腾格里沙漠南缘，是一座以灌溉、发电为主的综合利用水利枢纽工程。

该枢纽由主坝和副坝两部分组成，其中主坝为混凝土闸坝，最大坝高37.8m，坝长338.45m，坝顶高程1242.6m；副坝位于黄河左岸阶地上，为土石坝，最大坝高15.1m，坝长529.2m。水库正常蓄水位1240.5m，总库容0.26亿m3，总装机容量12.03万kW，多年年平均发电量6.06亿kW•h，设计灌溉面积87.7万亩。

2 物探任务与要求

黄河沙坡头水利枢纽工程的物探工作始于1996年，至2003年底全部结束。期间历经了可行性研究阶段、初步设计阶段和技施设计阶段。各阶段工作时间及任务要求如下：

⑴ 可行性研究阶段物探工作于1996年进行，主要任务是通过岩体波速测试和声波测井，划分岩性并了解岩体动弹性参数。

⑵ 初步设计阶段物探工作于2000年进行，物探任务与要求为：

① 通过声波测井取得主坝坝基、交通桥基础岩体结构、软硬岩体分布规律，了解孔内软弱夹层、构造破碎带分布情况，以便验证和补充钻探资料。

② 测定岩体的纵、横波速度，并求得泊松比、动弹性模量等参数。为坝基岩体质量评价提供依据。

③ 通过综合物探方法查明副坝坝基地层结构及古河道分布情况。

④ 查明导流明渠、交通桥地层结构及古渠道分布情况。

⑤ 通过对灌浆前、后岩体波速测试，评价灌浆试验效果。

⑶ 技施设计阶段物探工作于2002～2003年进行，物探任务与要求为：

① 通过对坝基岩体进行地震波测试，了解基础岩体的弹性波参数，为工程基础岩体评价、验收提供依据。

② 对固结灌浆的基础岩体进行声波检测，通过灌浆前、后岩体波速的变化情况，评价固结灌浆效果。

③ 通过对坝基混凝土垫层进行回弹检测，了解并查明混凝土垫层与基岩面的胶结状况。

3 地形及地质简况

3.1 地形地貌

坝址区内地势南西高而北东低，相对高差500～1000m。黄河自西向东流经坝址区，河谷呈不对称“U”形谷。坝址左岸地势相对平坦，为黄河Ⅰ级阶地，岸边有美利渠与黄河平行展布；右岸为香山山脉北麓，岸边有羚羊角渠与黄河平行展布，羚羊角渠南侧地形较陡，且冲沟发育。

3.2 地质简况

坝址区附近有石炭系、第三系、第四系地层发育。

主坝坝基为石炭系下统前黑山组(C1q)、臭牛沟组(C1c)、中统靖远组(C2j)和第三系上新统临夏组(N2l) 地层。坝区位于窑上复式倒转向斜的正常翼，岩层遭受构造破坏剧烈，层间挤压带、小型褶皱、揉皱，小断层以及节理、劈理发育，泥岩呈大小不等的菱形块体，炭质页岩则呈鳞片状，并具有失水干裂解体，再遇水泥化的特点，使坝基岩体成为典型的极软岩。岩层沿走向和倾向均呈舒缓波状，总体产状：走向NE45°～EW，倾向SE或S，倾角33°～70°。

副坝、导流明渠、交通桥及水源地部位分布着厚层第四系松散堆积物，表层为风积砂，深部则为厚层砂砾石层；基岩为第三系上新统临夏组(N2l)的棕红色、紫红色砂质粘土岩，局部夹有砾岩。

4 物探方法与技术

根据不同勘查阶段的任务要求，物探主要开展了声波法、地震波法、地质雷达法、电阻率法工作。具体方法有：单孔声波测井、声波对穿、地震波相遇法、地震波CT、瑞利面波法、高密度电阻率法、地质雷达等。

⑴ 声波法：包括单孔声波和声波对穿。它是弹性波测试方法之一，其理论基础建立在固体介质中弹性波的传播特性上，采用频率主要为1k～30kHz和50k～1000kHz两个频段。该方法以人工激振的方法向介质发射声波，在一定距离上接收受介质物理特性调制后的声波，通过观测和分析声波在不同介质中的传播速度、振幅、频率等参数解决工程问题。本工程使用仪器为SD―1型声波检测仪，单孔声波由下而上逐点测试，点距为0.2m。声波对穿由下而上水平同步逐点测试，点距为0.1m。

⑵ 地震波法：包括地震波相遇法、地震波CT和面波法。其理论基础与声波法相同，采用频率范围为1～n×100Hz。该方法利用人工激发的地震波在弹性性质不同的地层内传播规律，研究与岩土工程有关的地质、构造和岩土体的物理力学特性，可对工程场地和人工建筑物的适应性进行评价。本工程使用仪器为R24型工程地震仪，地震波相遇法采用4<