微動勘探技術在巖土工程勘察中的應用概述

龔亞龍

（中建材西南勘測設計有限公司，四川 成都 610059 ）

0 引言

所謂的微動勘探技術實際上指的是對微動信息及地表介質(zhì)波面信息進行分析的一項技術，能夠感知到地球表面結(jié)構(gòu)發(fā)生的微弱隨機震動，進而確定地質(zhì)結(jié)構(gòu)等信息，從實際的工作經(jīng)驗看來，它具有比較突出的應用價值，能夠有效地實現(xiàn)巖土工程勘察工作的目標。但這并不意味著我國的巖土工程勘察工作已經(jīng)完全成熟，時至今日其仍然存在許多不足之處，只有對微動勘探的應用特點及優(yōu)勢進行深入分析，通過確定建筑場地類別、巖土地層分層、風化殘留體探測等方式獲取勘察信息，才能從根本上提升巖土工程勘察工作的質(zhì)量。

1 巖土工程勘察技術發(fā)展

1.1 巖土工程勘察技術發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段來看，中國的巖土工程勘察技術已經(jīng)初步進入了高速發(fā)展期，其應用效果比較可觀、各種先進技術層出不窮，從根本上為建筑工程的設計及施工提供了支持。但是與此同時，在一些較為復雜的地質(zhì)條件下，巖土勘察工作的現(xiàn)有技術仍然顯得捉襟見肘，給巖土工程勘察技術帶來了新的挑戰(zhàn)。目前我國的巖土工程勘察技術中還存在一定的不足之處：首先，勘察工作的工作人員整體素質(zhì)比較低，且沒有標準化的勘察規(guī)范。工作人員的理論水平、綜合素質(zhì)都比較有限，難以理解統(tǒng)一勘察標準的重要性，因此不愿意遵守勘察規(guī)范，這使得巖土工程勘察工作無法發(fā)揮應有的作用，獲取到的數(shù)據(jù)也存在失真等問題。其次，巖土工程勘察工作中使用的各項設備往往過于陳舊，無法對復雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行處理，及時勉強進行勘察，最終得出的數(shù)據(jù)也不具有太高的參考價值，設備上的問題如果不能妥善解決，那么巖土工程勘察工作的效率和質(zhì)量都難以得到保證，很可能會給后續(xù)工程設計等帶來不必要的負面影響。最后，勘察技術水平比較低，我國的巖土工程勘察事業(yè)發(fā)展時間比較短，因此在理論知識、實踐經(jīng)驗、人員素質(zhì)、設備質(zhì)量等方面都存在一定的不足之處，和西方發(fā)達國家比較起來仍有很長一段路要走。同時，相關的技術標準化體系也不夠完善，行業(yè)專業(yè)機構(gòu)管理標準仍不清晰，這也可能給巖土工程勘察事業(yè)的發(fā)展帶來不利影響。

1.2 巖土工程勘察中存在的技術問題

根據(jù)實際的工作經(jīng)驗來看，目前我國巖土工程勘察技術始終存在一定的技術問題：首先，界面劃分上存在技術問題，勘察結(jié)果中關于地質(zhì)構(gòu)造和軟結(jié)構(gòu)面的區(qū)分不夠清晰、對不良地質(zhì)界面的劃分不夠清晰，這都可能導致后續(xù)工作問題。第二，地質(zhì)形態(tài)上存在諸多問題，在目前的巖土工程勘察技術水平下，工作人員仍無法確定地下構(gòu)造物的位置和種類。第三，巖土參數(shù)不準確的問題也確實存在，工作人員難以直接獲取原本狀態(tài)的土樣，因此無法判斷粗顆粒土等特殊土壤的設計參數(shù)。最后，技術人員的實際經(jīng)驗不足，在面對特殊情況時往往無法妥善處理，這也是技術問題之一。巖土工程勘察工作實際上十分復雜，它涉及到材料學、地質(zhì)學等多個學科的理論內(nèi)容，工作人員需要根據(jù)巖土勘察工作標準流程、以有關勘察技術為支撐，了解某區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境特征，為工程設計施工提供技術參數(shù)，整個流程十分復雜且具有突出的技術性特征，上文中簡單提到巖土勘察工作的技術問題，只有盡快采取措施解決這些問題，才能夠讓巖土工程勘察工作的質(zhì)量更上一層樓。在不久的將來，巖土工程勘察行業(yè)的運行體制將會更加先進和完善，整體專業(yè)性更加突出，其技術設備更新?lián)Q代的速度也會持續(xù)提升，一改過去設備落后技術落后的局面，從而讓巖土工程勘察工作成為工程建設事業(yè)的有力支撐。

2 微動勘探技術在巖土工程勘察中的應用

2.1 充分認可微動勘探的應用優(yōu)勢

想要讓微動勘探技術真正發(fā)揮作用，就必須要首先認可其應用優(yōu)勢，否則工作人員將很難對這一技術進行細致鉆研，最終的應用效果也就難以得到提升。實際上，微動勘探技術的優(yōu)越性在于不涉及人工場源，屬于一種被動源勘探技術，也就是說可以在人為提供震源的情況下進行勘探作業(yè)，其主要的勘探動力來自于地球一直進行的微動波面信號。這種微動波面信號非常微弱，人類的感官很難感知到這種震動，其振幅一般在0.0001mm 到0.01mm 之間，只有通過極其靈敏的設備才能記錄到這一振動。常見的微動信號源可以分成兩種，及低于1Hz 的微動和高于1Hz 的微動：其中頻率低于1Hz 的微動往往來自于各種自然現(xiàn)象，比如大氣運動、海陸作用等等，這類微動可以稱為長波微動，而頻率高于1Hz 的微動通常情況下來自于人類活動，比如說汽車行駛、設備運行等等，都可能產(chǎn)生類似微動，它們可稱為常時微動。這兩種微動信號都能夠通過地質(zhì)結(jié)構(gòu)不斷散射，最終到達觀測點被設備接收到，而它們在散射的過程中往往攜帶有大量的地下結(jié)構(gòu)信息，工作人員通過微動信號的特征等，就能合理構(gòu)建出地下結(jié)構(gòu)。

2.2 合理應用嵌套圓形觀測技術

建筑工程巖土勘察工作的復雜性不言而喻，工作人員可利用單點觀測、剖面處理等措施，保證土壤資料的分析準確性、提升土壤數(shù)據(jù)的處理合理性。而微動勘探技術的相關設備則具有更高的應用價值，不同設備之間往往利用無線通信技術進行交互，單點采集觀測所需要的時間大概在12 分鐘到20 分鐘之間，而后以衛(wèi)星定位系統(tǒng)為基礎對數(shù)據(jù)進行排序統(tǒng)計。同時，微動勘探技術的單點觀測臺陣包括六臺工作設備，其中一臺工作設備為圓心，其余五臺工作設備則呈圓形均勻地分布在圓心周圍，圓心和其他五臺設備之間的距離都保持在1.5m 到3m 之間，才能取得最佳的勘察效果。為了避免微動勘探技術中出現(xiàn)勘探盲區(qū)，工作人員應確保圓形的半徑不變，利用嵌套圓形觀測系統(tǒng)的優(yōu)勢，提升勘探的有效性。

2.3 確定建筑場地類別

除了上述兩種應用策略之外，工作人員還可以利用微動勘探技術確定建筑場地類別，判斷建筑場地類別的時候，工作人員需對地層信息中的橫波速度進行分析，確定某個深度土層的等效剪切波速，再根據(jù)該土層的深度進行計算，即可判斷建筑場地的類型，在巖土工程勘察工作越來越完善的今天，有關部門已經(jīng)出臺了建筑場地類別判斷標準，即《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2010)。除了正向應用之外，根據(jù)微動資料進行反向推導從而明確地下介質(zhì)的橫波速度結(jié)構(gòu)的做法，正在逐漸成熟并受到認可，在2018年被收錄到《城市工程地球物理探測規(guī)范》(CJJ/T 7-2017)當中。常見的波速測試方法大致可以分成三種，它們的區(qū)別主要就在于參考數(shù)據(jù)不同，工作人員可通過微動相速度曲線、H/V 曲線、微動相速度曲線和H/V 曲線等進行反向推導，而這其中以微動相速度曲線推導技術最為常用。除此之外，在已經(jīng)確定了地層結(jié)構(gòu)的時候，工作人員可在鉆探點位置設置測定波速的設備，從而獲取地層結(jié)構(gòu)中的橫波速度，進而保證反向推導的準確度。

2.4 巖土地層分層

不同的巖土地層有著截然不同的特征，工作人員在處理的時候所應用的技術側(cè)重點也就不同，微動勘探技術的地層劃分標準為深度Vx 等值線圖，而后根據(jù)量譜、頻率相速度等對相關內(nèi)容進行解釋。想要提升微動資料解釋準確度，可以采取土層特征分析比對的方法，確定微動勘察過程中鉆孔位置和比對點的合理性，在此基礎上確定這些點的曲線特征，并根據(jù)場地土層的實際特點進行屬性分析，保證微動資料的有效性。另外，層位不同、參照輔助圖件的重點也有所差異，根據(jù)實際工作經(jīng)驗來看，針對風化巖面或者基巖面，主要應側(cè)重觀測其頻率H/V 比值等值線圖，而針對軟弱性透鏡體則應以能量譜占比等值線圖作為分析重點，只有牢牢把握住了分析的重點對象，才有可能保證分析的準確度，才能更好地理解層位特征。同時，在微動勘察工作中可能會遇到一些比較特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，這些地質(zhì)結(jié)構(gòu)會造成波面?zhèn)鞑ギ惓５那闆r，工作人員只需要對Vx 剖面圖進行分析即可判斷出成因。一般情況下，波面異常問題的出現(xiàn)與層位不均勻有關，比如說，地層結(jié)構(gòu)當中含有大量的淤泥或淤泥質(zhì)土，就可能導致波面的不正常傳播，在厚度比較大的砂土狀強風化巖中也可能存在波面的不正常傳播，工作人員應有意識地關注類似特殊情況，并逐一做好識別分析，提升巖土地層分層的準確性。

2.5 風化殘留體探測

巖漿地區(qū)球狀風化并不少見，是巖土勘察工作中十分常見的現(xiàn)象，但是由于這類地質(zhì)現(xiàn)象往往比較隱蔽，因此一些工作人員可能未能及時發(fā)現(xiàn)它，進而給后續(xù)的建筑工程設計施工帶來不必要的麻煩，出現(xiàn)設計失準、數(shù)據(jù)誤差、施工停滯等一系列問題，甚至可能導致建筑物結(jié)構(gòu)的嚴重質(zhì)量問題，比較常見的質(zhì)量問題有鉆孔施工難以進行、灌注樁斷裂、建筑物主體結(jié)構(gòu)不均勻沉降、工程結(jié)構(gòu)開裂等，一旦出現(xiàn)類似問題其后果將難以挽回。具體的質(zhì)量問題可以分成以下三個方面來理解：第一，在工程施工涉及到預應力管樁的時候，壓樁動力已經(jīng)達到設計的動力標準，但是樁基礎往往無法進入持力層，這樣一來在停止施加壓力的情況下，樁基礎底部將停留在孤石當中無法寸進，給后續(xù)施工帶來巨大的質(zhì)量風險。第二，在灌注樁施工當中，球狀風化體將會導致鉆孔施工難以進行，出現(xiàn)鉆頭損耗、卡鉆問題的幾率比常規(guī)施工更大，這顯然不利于建筑工程的施工。第三，在建筑工程采取淺基礎結(jié)構(gòu)時，球狀風化體本身的壓縮性與其他地質(zhì)結(jié)構(gòu)有較大差異，因此位于其上的建筑物必然會發(fā)生開裂及不均勻沉降問題，可能會使建筑物失去應有的使用價值。所以，工作人員務必要利用好微動勘探技術，對球狀風化體進行準確探測，根據(jù)球狀風化體和周邊正常巖土結(jié)構(gòu)性質(zhì)上的差異進行分析比對，找出異常體位置并查證確認。在分析微動勘探參數(shù)的時候，著重關注相速度、自相關系數(shù)和H/V 比值等，并對相關的圖像進行綜合分析，明確球狀風化體和常規(guī)巖土結(jié)構(gòu)之間的區(qū)別，在發(fā)現(xiàn)等值線圖當中的異常凸起線型時及時進行處理和分析，確認地下結(jié)構(gòu)中是否存在球狀風化體，如不存在類似的特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)，方可進入下一步工作。

3 結(jié)語

中國的基礎設施建設水平在世界范圍內(nèi)都首屈一指，即使是在起步較晚、發(fā)展時間比較短的情況下，我國的各項技術仍然在短時間內(nèi)與發(fā)達國家基本持平，而在巖土勘察領域同樣如此，經(jīng)過幾十年的努力探索，各種各樣的高新技術逐漸成型，并從根本上提升了巖土勘察的質(zhì)量。微動勘探技術正是其中最具有代表性的勘探技術之一，它能夠不依靠人工場源、借助地球微動能量進行地質(zhì)結(jié)構(gòu)測定，在確定建筑場地類別、巖土地層分層、風化殘留體探測等方面具有突出的應用價值。