巖土勘察中鉆探與物探結合的應用研究
——以山西陽泉建設工程為例

宿曉輝，王學謙，張晉磊，閆秀英

（山西冶金巖土工程勘察有限公司，山西太原 030002）

0 引言

山西陽泉一直都是我國無煙煤最大的生產地，地下孕育著豐富的煤炭資源。經濟建設的發(fā)展，農村人口不斷向城市中心遷移，導致城市用地寸土寸金，用地緊張[1]。以前通過開采過礦產的不利場地，就必須通過評價治理來滿足城市的發(fā)展。采空區(qū)場地因其地基穩(wěn)定性差、承載能力低、抗震不利等因素，不能直接作為工程建設用地，須采用有效的勘察手段對采空區(qū)進行前期勘察。

1 工程概況

1.1 項目概況

擬建陽泉住宅建設項目總土地使用面積約3.5 萬m2，共包括12 棟住宅，均為低層建筑，結構類型為磚混結構。根據(jù)現(xiàn)場出露的地層斷面和資料調查，場地部分地段存在煤層，之前該區(qū)域部分淺部煤層存在被開采的情況，以人工開采為主，面積較小，呈蜂窩狀未連成片且年代久遠，經過走訪調查，可能為解放前期亂采所致，初步判斷空洞可能是煤層開采造成的。

1.2 地層條件

施工場地下覆地層由第四系人工回填形成的填土層和石炭紀C3泥巖、煤、砂巖、石灰?guī)r等組成。

2 物探測試

2.1 建設場地參數(shù)分析

不同的巖層具有不同的導電性，電法勘探就是通過測定地下不同地點、不同深度的電性差異來達到查找地質體的目的。

本區(qū)由于受覆蓋層的厚度不均勻變化、地表建筑垃圾的影響，以及不同層位的空洞的影響，地層視電阻率值變化較大，各地層之間存在一定的電性差異，利用電法勘探解決地質問題的前提條件是目標地質體和圍巖存在電性差異。由于本區(qū)綜合勘探的主要任務是探測區(qū)內空洞區(qū)的賦存情況，而空洞區(qū)及裂隙帶電性為中高阻體，若空洞被其他的物質充填，在富水性比較好的地段其電阻率就變?yōu)榈椭怠ｋ娦圆町愝^大是電法勘探的有利條件，故在本區(qū)采用電法施工是完全合理的。

2.2 高密度試驗的選擇

高密度電阻率法是集電剖面和電測深為一體，采用高密度布點，進行二維地電斷面測量的一種電阻率法勘查技術。根據(jù)現(xiàn)場的地形地貌及初步調查的巖土性狀，選擇高密度電法進行探測工作。

本次物探測試首先進行了試驗工作，證實該高密度方法的有效性，并對相關技術參數(shù)進行分析，最終選擇了適合本區(qū)的施工技術方案。

2.3 高密度試驗的布置

本次高密度電法工作布置為：線距5m，部分由于場地限制變更為10m，點距4m，部分2m 和3m，全區(qū)布置測線總共27 條，測線布置圖見圖1。然后開始外業(yè)采集工作，全區(qū)共完成高密度電法工作布置點1606 個，試驗點120 個，全區(qū)共完成高密度電法勘探物理點1606 個，剖面合計長度5268m。所獲資料經檢查驗收，質量符合《電法勘探規(guī)范（MT/T 898—2000）》要求。

2.4 高密度試驗的成果

全區(qū)布置測線總共27 條，取其中典型反演剖面17、18 和20進行分析，如圖1～圖3 所示。

3 鉆探對比驗證

3.1 鉆探簡述

圖1 高密度P17 線反演剖面

圖2 高密度P18 線反演剖面

圖3 高密度P20 線反演剖面

鉆探的方法是一種直接的勘探手段，它的用途十分廣泛，在不同的建筑物或不同的勘察階段中都需要用到鉆探方法。勘察技術人員先運用工程鉆機場地布置點處進行開孔取樣，之后現(xiàn)場編錄描述對土樣及巖樣進行包裝，送交實驗室進行相關的物理和力學性質試驗，同時可以對現(xiàn)場的地層巖性和地下水賦存情況進行比較直觀的觀測和記錄。鉆探法它有一個很大的缺陷，即耗時較長，同時作業(yè)強度和成本都較高[2]。

在對土層實行鉆進工作時，要先用干鉆，并適當縮短鉆程。和與物探相比，鉆探有著穿梭性優(yōu)勢，它能夠在大多數(shù)環(huán)境下使用，地質對其的影響微乎其微，同時其勘察深度也較深。但其也存在一些困難，如對一些地質結構比較復雜的情況不能進行直接觀察，巖心的獲取也比較困難，導致鉆探的精確度大大降低，勘察工作達不到標準需要[3]。

3.2 方式方法

本場地鉆探采用2 臺HT-200 型鉆機及2 臺XY－4 型鉆機。采用金剛石復合片鉆頭回轉取芯鉆進用以揭露地層情況，土層采用泥漿護壁，巖層采用清水鉆進；開孔口徑為φ110mm，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，鉆進到完整基巖后，先下φ108mm 井壁管，然后改用φ91mm 的口徑，鉆進至終孔；在預計的煤層頂板上1m 處，包括煤層及其底板深度內，均采用筒狀鉆頭并采用清水鉆進取芯，每次回次進尺不得超過1.5m，一定要保證采取巖心的采取率。同時每回次進尺記錄好卡鉆、掉鉆的位置及深度，密切注意漏漿情況及變化[4]。

4 勘察成果概述

4.1 物探解譯與鉆探對比成果

通過上述試驗資料與鉆探資料的對比分析，對所獲試驗資料進行處理，證實了該高密度方法的有效性，表現(xiàn)如下。

P17 線的電阻率整體表現(xiàn)穩(wěn)定，由淺到深電阻率大致服從由低到高的變化，在中部地面硬化的影響表現(xiàn)有一高阻帶，由東到西在距東端點102～138m，電阻率值為36.149～45.410Ω·m，結合附近鉆孔資料綜合解釋為地下采空區(qū)，深度4～13m。

P18 線的電阻率整體由淺到深電阻率大致服從由低到高的變化，由東到西在距東端點20～28m 為低阻體異常帶，電阻率值為48.108～52.193Ω·m，結合附近鉆孔資料綜合解釋為采空區(qū)影響，深度6～12m；37～43m 的低阻體異常帶，電阻率值為59.873～64.200Ω·m，綜合解釋為地下采空區(qū)，深度約6～10m；63～75m 的低阻體異常帶，電阻率值為49.972～58.706Ω·m，綜合解釋為地下采空區(qū)，深度7～13m；84～93m 的低阻體異常帶，電阻率值為31.356～46.030Ω·m，綜合解釋為采空區(qū)影響，深度6～15m；99～112m 的低阻體異常帶，電阻率值24.664～52.479Ω·m，綜合解釋為采空區(qū)影響，深度14～16m；121～129m 的低阻體異常帶，電阻率值為11.853～37.924Ω·m，綜合解釋為采空區(qū)，深度6～12m；138～141m 的低阻體異常帶，電阻率值20.667～34.640Ω·m，綜合解釋為采空區(qū)，深度6～9m。

P20 線的電阻率整體由淺到深電阻率大致服從由低到高的變化，東到西在距東端點28～33m 的低阻體異常帶，電阻率值為40.021～41.510Ω·m，結合附近鉆孔資料綜合解釋為采空區(qū)，深度4～8m；41～85m 的低阻體異常帶，電阻率值為43.598～48.801Ω·m，結合附近鉆孔資料綜合解釋為地下采空區(qū)，深度3～14m；102～141m 的低阻體異常帶，電阻率值為31.328～54.602Ω·m，綜合解釋為地下采空區(qū)，深度3～20m；145～165m 的低阻體異常帶，電阻率值為38.785～50.098Ω·m，綜合解釋為地下采空區(qū)，深度3～9m。

4.2 采空區(qū)及異常區(qū)劃分

通過前期的試驗基本確定了低阻異常的電阻率范圍值，再對全區(qū)的高密度地電剖面圖反映的低阻異常區(qū)位置進行分析比較，結合鉆探的已知資料圈定了本次勘探區(qū)域采空區(qū)的范圍。

通過對該區(qū)的分析解釋，編制了采空區(qū)分布圖，劃分出2 個采空區(qū)，1 個異常區(qū)（見表1），編號采空Ⅰ、采空Ⅱ、異常Ⅰ，分述如下：

表1 綜合解譯成果

采空Ⅰ：位于測區(qū)的37 號樓基礎及附近，分別由高密度電法測線P11～P20 共同控制，試驗時布置的P13、P16 測線的反演解釋與鉆探資料的結合也很好的驗證了該采空區(qū)，采空區(qū)面積約為2412m2，深度為4～12m，目前地面破壞程度較小。

采空Ⅱ：位于測區(qū)中部的33 號樓基礎東北部及以北地帶，分別由高密度電法測線P21～P23 控制，面積約為1060m2，深度為5～14m，未發(fā)現(xiàn)地面破壞。

采空區(qū)分析：采空區(qū)范圍不規(guī)則，體現(xiàn)了小煤窯無序開采的特點。采空區(qū)深度較淺，大部分已被上覆塌陷巖層充填，內有各種松散的裂隙、孔隙存在，且含水時其電阻率呈低阻反映。

異常Ⅰ：位于測區(qū)西北部的36 號樓及以西地帶，分別由高密度電法測線P1～P8 共同控制，面積約為1609m2，深度為4～10m，未發(fā)現(xiàn)地面破壞。

異常區(qū)分析：煤層分布不均勻，埋深較淺，風化程度較高，且該范圍煤層厚度大多較薄，不具可采性，物探低阻異常的反映與已知不明顯，劃分為異常區(qū)。

5 結論

通過對該建筑區(qū)高密度電法及鉆探測試的研究，得出如下結論：

（1）本次物探劃分出2 個采空區(qū)，1 個異常區(qū)，物探采空區(qū)范圍為冒落帶和裂隙帶共同作用范圍，其內部不存在大的空洞。

（2）采空區(qū)比較不規(guī)則，體現(xiàn)了小煤窯無序開采的特點，分布面積約3472m2，約占場地總面積的9.8%。

物探法與鉆探法各有優(yōu)缺點，這就需要工程的有關人員不斷總結測繪經驗，根據(jù)現(xiàn)場的具體情況與工程項目的要求，靈活運用，實行精細化勘測作業(yè)，不斷提高工程地質勘察的質量。