工程物探方法在巖石風(fēng)化程度判別中的應(yīng)用

李仁杰　紀(jì)成亮　劉　浩　趙哲勝

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰荆綎| 濟(jì)南　250013)

1　概述

巖石風(fēng)化程度是風(fēng)化作用對(duì)巖體的破壞程度，如何評(píng)判巖石風(fēng)化程度，特別是覆蓋層以下的風(fēng)化程度成為電力工程勘測(cè)中的難點(diǎn)。本文選取山東省臨沂市某電廠工程勘察區(qū)域具有代表性的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合鉆孔和工程地質(zhì)調(diào)查驗(yàn)證，通過波速試驗(yàn)、高密度電阻率法(直流電法)和地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試(電磁波法)對(duì)巖石風(fēng)化程度進(jìn)行論證，以確定廠址區(qū)風(fēng)化巖石的分布規(guī)律及工程性狀[1,2]。

2　工程物探勘察

本次勘測(cè)通過單孔波速試驗(yàn)、高密度電阻率法(直流電法)、地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試(電磁波法)等多種物探手段，結(jié)合工程地質(zhì)調(diào)查及鉆探，對(duì)擬建場(chǎng)地巖石的風(fēng)化程度和分布規(guī)律做出了綜合評(píng)價(jià)。

2.1　單孔波速試驗(yàn)

采用地面激振孔中接受的方式進(jìn)行，在距孔口1 m～2 m處用重錘敲擊激發(fā)地震波。水平向敲擊，激發(fā)橫波；垂直向敲擊，激發(fā)縱波。三分量檢波器放入孔底，貼壁裝置使檢波器貼壁，按1 m的間距自下而上接收地震信號(hào)，測(cè)量地震波在不同深度巖層中傳播的時(shí)間，通過分析處理軟件計(jì)算出各巖層的波速值進(jìn)而求取相關(guān)參數(shù)[3]。

2.2　高密度電阻率測(cè)試

高密度電法是以地下被探測(cè)目標(biāo)體與周圍介質(zhì)之間的電性差異為基礎(chǔ)，利用人工建立的穩(wěn)定地下直流電場(chǎng)，依據(jù)預(yù)先布置的若干道電極，靈活選定裝置排列方式進(jìn)行掃描觀測(cè)，研究地下大量豐富的空間電性特征，從而查明和研究有關(guān)地質(zhì)問題的一組直流電法勘探方法[4]。

2.3　地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試

地質(zhì)雷達(dá)是一種先進(jìn)的高頻電磁波勘察技術(shù)，由它可以精確地探測(cè)到地下淺層的空洞或異常體，其高分辨率、高效率、無(wú)損探測(cè)等優(yōu)點(diǎn)使其在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。它是基于高頻電磁波理論，向地下介質(zhì)發(fā)射一定強(qiáng)度的高頻電磁脈沖，電磁脈沖遇到不同電性介質(zhì)的分界面時(shí)即產(chǎn)生反射或散射，地質(zhì)雷達(dá)接收并記錄這些信號(hào)，再通過進(jìn)一步的信號(hào)處理和解釋即可了解地下介質(zhì)的分布情況[5，6]。當(dāng)電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑—波形將隨所通過介質(zhì)的介電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化，據(jù)接收到波的旅行時(shí)間、幅度、頻率與波形變化等特征，可以推斷目的物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及深度、形狀等[7]。

3　擬建場(chǎng)地巖石風(fēng)化程度發(fā)育規(guī)律分析

3.1　波速試驗(yàn)

本次共布置了4組單孔波速試驗(yàn)，以其中一條典型的剪切波速試驗(yàn)值隨深度變化曲線為例，覆蓋層厚度為3 m，可見該孔3.0 m～6.0 m范圍內(nèi)巖石風(fēng)化程度較強(qiáng)烈、裂隙較發(fā)育，6.0 m～15.0 m范圍內(nèi)地層波速試驗(yàn)值在500 m/s左右，根據(jù)鉆孔資料，該段巖石呈強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)；15.0 m以下，巖層風(fēng)化程度較穩(wěn)定，為強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)或中等風(fēng)化狀態(tài)的巖石，見圖1。

3.2　高密度電阻率

本次勘測(cè)共布置高密度電法剖面測(cè)線6條，高密度極間距3.00 m～5.00 m，電極60道～90道，其中單條剖面長(zhǎng)度為270 m或300 m，探測(cè)深度大于25 m，每條測(cè)線有效物理點(diǎn)不小于550個(gè)，剖面總長(zhǎng)度1 770 m。

以2—2′剖面為例，見圖2，該場(chǎng)地上部地層主要為覆蓋層，電阻率普遍不高，下部為電阻率高的變粒巖。在測(cè)線方向170 m～200 m處出現(xiàn)明顯的高阻帶，與鉆孔464對(duì)應(yīng)，在測(cè)線205 m～255 m處，電阻率相對(duì)較低，推測(cè)是巖層較破碎，巖石成分等變化引起，鉆孔464～465顯示為巖芯破碎，為斜長(zhǎng)變粒巖，云母含量高等相對(duì)應(yīng)。

根據(jù)物探測(cè)量成果推斷，場(chǎng)地巖性較為復(fù)雜，上覆人工填土和殘坡積層厚度變化大，巖性為粉土、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂，分布不均勻，視電阻率值一般小于100 Ω·m，局部為30 Ω·m～50 Ω·m。下伏巖層為太古界坪上組變粒巖和燕山晚期二長(zhǎng)斑巖侵入體，其中以變粒巖為主。下伏基巖視電阻率值一般大于100 Ω·m，局部全風(fēng)化程度較強(qiáng)區(qū)域視電阻率值相對(duì)較低；電阻率反映全風(fēng)化層中局部高阻區(qū)、強(qiáng)風(fēng)化巖層中局部低阻區(qū)，反映為該區(qū)基巖風(fēng)化程度不均一，風(fēng)化界面埋深變化大。

3.3　地質(zhì)雷達(dá)

為獲得更為詳細(xì)的地質(zhì)資料，指導(dǎo)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工，結(jié)合高密度電法勘測(cè)成果和前期鉆探成果，對(duì)擬建場(chǎng)地進(jìn)行了地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)，以詳細(xì)查明基礎(chǔ)范圍下部的巖石風(fēng)化程度。

根據(jù)物探測(cè)量成果推斷，以2—2′測(cè)線為例，見圖3，該測(cè)線453號(hào)鉆孔附近，0.0 m～6.0 m為第四系覆蓋層，6.0 m以下深度存在巖石風(fēng)化破碎區(qū)，且存在小裂隙帶；其他區(qū)域巖石0 m～2.5 m深度范圍內(nèi)，比較松散，是人工填土層影響；454號(hào)～455號(hào)鉆孔區(qū)域深度3.0 m～14.0 m范圍，基巖風(fēng)化強(qiáng)烈，存在向下裂隙；該剖面未發(fā)現(xiàn)大型斷裂破碎帶等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

3.4　綜合解釋

波速試驗(yàn)、高密度電阻率法(直流電法)和地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試(電磁波法)均能對(duì)巖石風(fēng)化程度進(jìn)行探查。綜合比較這幾種方法的優(yōu)劣，單孔波速試驗(yàn)精確度比較高，但探測(cè)范圍較小，僅可對(duì)該鉆孔周圍巖體風(fēng)化程度進(jìn)行判斷，是鉆孔判斷的對(duì)照；高密度電阻率法(直流電法)和地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試(電磁波法)探測(cè)范圍都比較大，也都比較直觀，但對(duì)于巖層風(fēng)化程度的評(píng)價(jià)，高密度電阻率法(直流電法)所測(cè)的電阻率值更能準(zhǔn)確的反映巖石風(fēng)化的發(fā)育程度及分布區(qū)域，而地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試(電磁波法)相對(duì)比較方便，對(duì)廠址區(qū)無(wú)金屬物質(zhì)干擾的情況下反映巖石風(fēng)化程度的范圍更廣，多次反復(fù)探測(cè)可近視得到立體影像反應(yīng)。

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)查，擬建廠址區(qū)原始地貌存在數(shù)條沖溝、水塘等，現(xiàn)已全部回填，通過本工程一期勘測(cè)資料，大致確定沖溝的位置、走向等，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作進(jìn)行了優(yōu)化。另外對(duì)擬建主廠房區(qū)域已有巖石剖面的進(jìn)行了研究(見圖4)。圖中灰色邊框內(nèi)顏色較

深的為黑云斜長(zhǎng)變粒巖，該巖石位于強(qiáng)風(fēng)化的白云鉀長(zhǎng)變粒巖中間，用手可掰斷；放入水中一天后軟化強(qiáng)烈，用手可碾成砂土狀。可見強(qiáng)風(fēng)化基巖內(nèi)部存在軟弱夾層[8]。

4　結(jié)語(yǔ)

通過波速試驗(yàn)、高密度電阻率法(直流電法)和地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試(電磁波法)的物探綜合勘察，較好地探明了擬建場(chǎng)地基巖風(fēng)化程度的整體分布范圍及軟弱巖土層的分布區(qū)域，通過工程地質(zhì)調(diào)查及鉆探驗(yàn)證，證實(shí)了工程物探在巖石風(fēng)化程度判斷的正確性，工程物探能快速、真實(shí)、準(zhǔn)確地反映工程場(chǎng)地巖石風(fēng)化程度，以指導(dǎo)后期基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及基坑開挖，避免后期因不均勻地基、巖石風(fēng)化程度發(fā)育不均一等問題造成不均勻沉降、后期基坑超挖造成成本增加等問題[9]。

工程物探方法可操作性高、方便快捷、勘察成本低，隨著工程物探的發(fā)展，今后可大大節(jié)省鉆探的工作量，并能準(zhǔn)確反映廠址區(qū)工程地質(zhì)條件。

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