關(guān)于巖土工程勘察中綜合勘察技術(shù)的應(yīng)用分析

白繼峰

常德市天城規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限公司，湖南常德 415000

過(guò)去常用的工程勘察手段以鉆探為主，雖然鉆探具有揭露直接和技術(shù)成熟的優(yōu)點(diǎn)，但隨著巖土工程勘察精度要求的不斷提高，鉆探的缺陷也逐漸顯露。而解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵，就是采用多種勘察手段來(lái)處理復(fù)雜的巖土問(wèn)題，即所謂的綜合勘察技術(shù)。

1 工程概況

某工程預(yù)計(jì)總占地面積約7萬(wàn)m2，總建筑面積約10萬(wàn)m2，地上6層，單層面積較大，對(duì)地基沉降十分敏感。根據(jù)工程設(shè)計(jì)提出的地質(zhì)勘察要求，先采用常規(guī)鉆探方法和原位測(cè)試方法來(lái)查明場(chǎng)地基本地層結(jié)構(gòu)，并確定持力層，擬定為砂卵石層，其埋深在40～50m范圍內(nèi)。與此同時(shí)，經(jīng)詳細(xì)勘察可得，該持力層可分為東、西兩部分，層面都較為平整，但兩者有明顯突變，通過(guò)鉆孔后發(fā)現(xiàn)該層標(biāo)高相差可達(dá)10m，坡度最大達(dá)到45°，這會(huì)對(duì)基礎(chǔ)工程造成很大影響。為確保工程能夠順利完成，設(shè)計(jì)院成立專項(xiàng)研究和工作小組，對(duì)該層異常情況開(kāi)展綜合勘察。

對(duì)于常規(guī)鉆探點(diǎn)，其間距一般為20～30m，通過(guò)鉆孔探明的地質(zhì)反映的是勘探點(diǎn)周?chē)貙樱碧近c(diǎn)之間地質(zhì)情況與變化需要人為推斷，難以得到準(zhǔn)確可靠的結(jié)果。為對(duì)持力層性質(zhì)改變進(jìn)行分析，特別是層面落差，該小組決定對(duì)鉆探與物探進(jìn)行充分結(jié)合來(lái)完成解析。此次主要采用以下三種手段：第一，橫波反射法；第二，高密度電阻；第三，瞬態(tài)面波法。采用這三種方法對(duì)地層信息進(jìn)行采集，將判別的精度控制在2～3m內(nèi)，然后根據(jù)精準(zhǔn)點(diǎn)校核地質(zhì)信息，最終達(dá)到點(diǎn)、線、面相互結(jié)合的良好效果[1]。

2 綜合物探

從前期地質(zhì)資料可以看出，場(chǎng)地內(nèi)巖土層由上至下分別為：表層雜填土；淤泥層；細(xì)中砂層；淤泥土夾砂層；粉質(zhì)粘土層；細(xì)中砂夾礫層；砂卵石層；強(qiáng)、中風(fēng)化巖層。其中，細(xì)中砂層和淤泥土夾砂層、淤泥土夾砂層和細(xì)中砂夾礫層、砂卵石層和下伏巖層間都有一定波阻抗差與電阻率差。此類(lèi)分界面會(huì)有地震波折射及反射產(chǎn)生，能為瞬態(tài)面波與地震反射2種方法提供良好分析依據(jù)；同時(shí)，電阻率差可以為高密度電阻率法創(chuàng)造良好條件。

2.1 橫波反射法

根據(jù)地下介質(zhì)存在的波阻抗差分析解決地質(zhì)問(wèn)題。原理為：地下介質(zhì)中有地震波不斷傳播時(shí)，如果遇到有明顯波阻抗差的界面，則會(huì)產(chǎn)生反射，信號(hào)經(jīng)地面裝置截獲與記錄，進(jìn)行分析和計(jì)算后判斷地層構(gòu)造。相較于縱波反射，該方法幾乎不受轉(zhuǎn)換波影響，而且其速度始終未變，所以有很高的垂向分辨率[2]。不同類(lèi)型巖石的波速如表1所示。

表1 不同類(lèi)型巖石的波速

此次橫波反射作業(yè)運(yùn)用CDP技術(shù)，共覆蓋6次，接收道數(shù)為12道，偏移距、道距和炮間距分別為4、2、2m。從地震記錄可知，淤泥土夾砂層、細(xì)中砂夾礫層、碎卵石層和下伏巖層都有反射，下伏巖層反射波較弱，其它均較強(qiáng)，有明顯的反射同相軸。在對(duì)反射數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理后，可得到剖面圖。

2.2 高密度電法

該方法是以常規(guī)電法為基礎(chǔ)改進(jìn)得到的，原理和常規(guī)電法基本相同，都將巖土介質(zhì)具有不同的導(dǎo)電性作為核心，分析在各類(lèi)人為條件下，電流實(shí)際分布與變化規(guī)律。通過(guò)電極不斷向地下通電流，形成電場(chǎng)，再通過(guò)對(duì)電極、裝置等的位置、排列或大小等的改變來(lái)使電流實(shí)際分布發(fā)生變化，同時(shí)在地面對(duì)電場(chǎng)變化進(jìn)行測(cè)量，以此獲得地層電阻率實(shí)際深度發(fā)生的變化，實(shí)現(xiàn)最終的深度測(cè)試目標(biāo)。跨孔高密度電法是指將電極設(shè)在相同或不同鉆孔中實(shí)施測(cè)量，如圖1所示。

圖1 跨孔高密度電法工作示意圖

此次高密度電法作業(yè)共用60個(gè)電極，電極之間的距離為3m，由二級(jí)裝置完成數(shù)據(jù)采集。在對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行地形校正后，可得視電阻率等值線。電性層主要以層狀形式分布，伴隨深度不斷增加，視電阻率先低后高、再低再高，可將整個(gè)電性層分成四層。根據(jù)現(xiàn)有的鉆孔資料，第一低阻層主要為淤泥質(zhì)土；第一高阻層為細(xì)中砂層；第二低阻層為淤泥土夾砂層、細(xì)中砂夾礫層和碎卵石層；第二高阻層為下伏巖層。結(jié)合鉆孔資料進(jìn)行對(duì)比分析后可得，淤泥土夾砂層、細(xì)中砂夾礫層和碎卵石層當(dāng)處于飽和水狀態(tài)時(shí)，電阻率差相對(duì)較小，界面較為模糊，而其它層的斷面圖則能良好反映，尤其是在對(duì)下伏巖層的界面進(jìn)行追蹤時(shí)，表現(xiàn)出良好的效果。

2.3 多道瞬態(tài)面波法

多道瞬態(tài)面波法（圖2）原理為：使面波在介質(zhì)的表面不斷傳播，此時(shí)不同介質(zhì)傳播相速度將發(fā)生明顯變化。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，震源激發(fā)面波取瞬態(tài)沖擊力，脈沖荷載施加后地表將有波動(dòng)產(chǎn)生，由傳感器對(duì)這一面波在垂直方向上的分量進(jìn)行記錄，同時(shí)對(duì)波信號(hào)實(shí)施頻散分析與處理。繪制的頻散曲線及其變化和地質(zhì)、巖土結(jié)構(gòu)有一定內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)這種連休進(jìn)行分析，即可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的探測(cè)目標(biāo)[4]。

圖2 多道瞬態(tài)面波法工作示意圖

此次多道瞬態(tài)面波作業(yè)選用SWS-6面波儀與垂直地震檢波器，由重錘法進(jìn)行激發(fā)。檢測(cè)結(jié)果表明，速度層以層狀的形式分析，由西至東層厚變大。根據(jù)鉆孔資料，速度較低的層主要表示表層雜填土、淤泥質(zhì)土層、細(xì)中砂層和淤泥土夾砂層；高速層則主要表示粉質(zhì)粘土層和細(xì)中砂夾礫層。測(cè)線上速度層發(fā)生的變化和鉆孔資料基本吻合。然而，此次探測(cè)最大深度僅40m，勘探重點(diǎn)又在于持力層，所以從探測(cè)深度上講，該方法并不適用。

因不同物探方法有各自的基本原理，且對(duì)地質(zhì)體物性給出的勘探結(jié)果有所不同，所以為保證物探結(jié)果真實(shí)性，需要對(duì)不同方法特點(diǎn)及優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行綜合分析，并對(duì)成果和現(xiàn)有資料的吻合程度進(jìn)行解析。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工程實(shí)踐可以得出，由于多道瞬態(tài)面波法在探測(cè)深度上略顯不足，所以在此次勘察作業(yè)中難以得到持力層埋深等數(shù)據(jù)；高密度電法則對(duì)下伏巖層界面動(dòng)態(tài)追蹤有良好的效果，而持力層追蹤成果相比較差；相比之下，橫波反射法能有效追蹤并解譯目標(biāo)持力層層面狀況。

綜上所述，每一種勘察方法都有其獨(dú)特的適用性及局限性，在實(shí)際的綜合勘察工作中，需要結(jié)合場(chǎng)地具有的物理?xiàng)l件，根據(jù)勘察目的，圍繞各巖土層存在的物性差，選取合適的勘察手段，以確保勘察工作能夠順利完成，并保證最終的勘察質(zhì)量。