(云南省红河州水利水电勘察设计研究院， 云南 蒙自 661100)

近年来，随着水利事业迅猛发展，声波检测技术已逐渐成为地质勘察工作的主要方法之一。本文介绍了运用钻孔内单孔声波法和平硐内跨孔声波法，分析、确定坝基岩体风化界线和岩溶发育范围，为工程设计提供了充足的参考依据。

1 工程概况

蚂蚱冲水库工程位于云南省蒙自市东部山区，距蒙自23km。2011年5月14日，该工程开工，2011年12月13日，完成坝址区地勘工作。坝址区出露的地层岩性为寒武系中统(∈2)：深灰、灰黑色白云岩，中薄层状结构，一般单层厚2～10cm，节理较发育，连通性较好，岩溶中等发育。岩块锤击声音沉闷，易碎，岩体强度较差。钻孔岩芯普遍较破碎，给地质编录和风化界线的确定，带来了较大困难。本次在钻孔和平硐中进行声波检测试验，主要目的是结合钻孔与平硐，分别从垂直方向和水平方向，对坝基和坝肩岩体的风化程度、节理裂隙、岩溶发育情况、岩体的完整性进行校核和修正。

2 声波检测基本原理

声波测试是弹性波测试方法中的一种，其理论基础建立在固体介质中弹性波的传播理论上，该方法是以人工激振的方法向介质(岩石、岩体、混凝土构筑物)发射声波，在一定的空间距离内接收介质物理特性调制的声波，通过观测和分析声波在不同介质中的传播速度、振幅、频率等声学参数，解决一系列岩土工程中的有关问题。

由于介质的声学性质与其结构及物理力学性质有关，地质体因岩性、结构特征、力学性能等因素，形成不同的声学特征。声波在岩石中传播的速度是有一定范围的，当传播路径遇到缺陷(如断裂构造、节理裂隙、软弱夹层等)时，声波要绕过缺陷或在传播速度较慢的介质中通过，声波将发生衰减，造成传播时间延长，使声时增大、计算声速降低、波幅减小、波形畸变。因此利用超声波在岩石中传播的这些声学参数的变化，来分析判断岩石的风化程度、完整性等。

检测方法有单孔声波法和跨孔声波法。单孔声波法是在一个测孔内进行，由一个发射探头和两个接收探头组成，可测试到发射探头周围岩体一定范围内的声波值。跨孔声波法是在两个测孔内进行，由一个发射探头和一个接收探头组成，可测试到两探头之间岩体的声波值。如图1所示。

图1 声波检测示意

3 声波检测现场试验

3.1 钻孔内岩体纵波速现场检测

蚂蚱冲水库坝轴线上布置7个钻孔，最大横断面上布置4个钻孔，根据坝基岩土体分布情况，挑选了其中的ZK1、ZK2、ZK3、ZK4、ZK5、ZK8、ZK9共7个钻孔进行钻孔内岩体纵波速现场检测，其位置详见图2。

图2 坝址区声波检测试验平面布置

钻孔内声波检测使用非金属声波测试仪，从每个测试孔自上而下以50cm为单位逐级向坝基深部测试，采用单发双收。然后自下而上以50cm为单位由孔底逐级向孔口复核，以保证测试结果的准确率。部分钻孔由于孔口破碎，使用套管固孔，所以测试点位自套管以下开始。

3.2 平硐内岩体纵波速现场检测

蚂蚱冲水库坝址区布置6个平硐，根据坝基岩土体分布情况，决定对全部平硐进行平硐内岩体纵波速现场检测。由于3号平硐内节理裂隙发育，岩石破碎，声波孔无法饱水致使声波测试无法进行，故只对其余1、2、4、5、6号硐进行了声波测试。其位置详见图2。

平硐内声波检测使用非金属声波测试仪，测试孔自平硐口向平硐内以50cm为单位逐级水平向布置，利用风钻造孔，孔深1.0m。测试时采用单发单收，然后自内而外由硐底逐级向硐口复核，以保证测试结果的准确率。

4 声波检测试验内业整理及成果分析

根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487—2008)附录H(岩体风化带划分)，本工程从PD2和PD4内，取出4块新鲜岩石进行波速值收集，经算术平均后波速为4480m/s，与之对应的各风化带划分声波值见下表：

坝轴平硐内新鲜基岩声波测试值与岩体风化带划分声波值对应表

经检测，各钻孔、各平硐声波测试曲线分别见图3、图4。

图3 各钻孔声波测试曲线

图4 各平硐声波测试曲线

从此次声波试验来看，坝基基岩强风化埋深0～30.3m，弱风化埋深10.8～60.3m。基岩弱、微风化层岩溶较发育，溶蚀孔隙的出现导致波速衰减明显，岩体整体性差，存在渗漏通道。

蚂蚱冲水库采用黏土心墙风化料坝和浆砌石重力坝两种坝型进行方案比较。由声波检测成果看出，坝基弱风化埋深较深，作浆砌石重力坝设计时，坝基开挖工程量非常大，因此，最终选用黏土心墙风化料坝，坝基持力层为埋深较浅的强风化层。同时，坝基防渗帷幕灌浆底界深度超过岩溶较发育区为止。

5 结 语

钻孔内声波检测可在垂直方向反映坝基岩体卸荷、构造、裂隙和岩溶的发育情况。平硐内声波检测则是在水平方向反映坝基岩体断裂构造、裂隙和岩溶的发育情况。两种方法都在坝基检测工作中发挥着不同的作用，而且能够快速、较精确地得出结论，是目前水利水电工程勘察方法多样性的补充，为水工设计提供了重要的参考依据。

1 袁志亮, 吴治平. 声波测井岩石波速统计分析[J]. 物探化探计算技术, 2007, 29(增刊):144-147.

2 韩来聚, 李祖奎,等. 碳酸盐岩地层岩石声学特性的试验研究与应用[J]. 岩石力学与工程学报, 2004, 23(14):2444-2447.

3 陈忠宪, 石明. 地震波速法和声波法在银盘江水电站坝基检测中的综合应用[J]. 水文地质工程地质, 2012, 39(5):78-82.

4 付玉军, 谢连生. 超声波法检测桥梁桩基的探讨[J]. 湖南交通科技, 2006, 32(2):90-92.

5 红河州水利水电勘察设计研究院. 蒙自市蚂蚱冲水库可行性研究报告[R]. 蒙自:红河州水利局, 2012.