張開(kāi)偉　牛　禾　吳元平

(河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北 石家莊　050031)

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不同物探方法在樁底巖溶探測(cè)中的應(yīng)用效果對(duì)比

張開(kāi)偉牛禾吳元平

(河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北 石家莊050031)

應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)、淺層地震反射波法兩種物探方法，對(duì)巖溶地區(qū)單個(gè)基樁樁底基巖發(fā)育情況進(jìn)行探測(cè)，通過(guò)分析兩種勘探資料的解釋成果，總結(jié)了兩種方法在基樁樁底灰?guī)r探測(cè)中的差異性和適用性。

地質(zhì)雷達(dá)，淺層地震反射波，樁底探測(cè)，巖溶

0　引言

在喀斯特地貌灰?guī)r區(qū)域進(jìn)行地基處理，在施工處理之前都會(huì)進(jìn)行過(guò)詳細(xì)的工程勘察，即使勘察工作做得很細(xì)，但到了真正施工落實(shí)到每根基樁上的時(shí)候，前期的勘察資料就顯得捉襟見(jiàn)肘。在樁基施工過(guò)程中，對(duì)于能否保證每根基樁的樁端嵌入具有一定承載力厚度的穩(wěn)定灰?guī)r之中，基樁樁底下部是否存在不穩(wěn)定地質(zhì)體就變得很重要。地質(zhì)雷達(dá)和淺層地震反射波法這兩種物探方法業(yè)內(nèi)都有同行使用，作者通過(guò)使用這兩種方法來(lái)了解樁底下部設(shè)計(jì)樁徑要求嵌入深度范圍內(nèi)圍巖巖體的溶蝕和穩(wěn)定情況，判定能否達(dá)到基樁成孔設(shè)計(jì)質(zhì)量要求。

1　巖溶地區(qū)的地電物性異常特征分析

工作區(qū)位于廣西靖西地區(qū)，屬于典型的喀斯特巖溶發(fā)育地貌地區(qū)，基樁樁底持力層主要為中風(fēng)化及微風(fēng)化灰?guī)r。該區(qū)域灰?guī)r存在不同程度的節(jié)理裂隙發(fā)育,尤其受到地下水的侵蝕作用,沿節(jié)理裂隙面圍巖都有溶蝕現(xiàn)象,個(gè)別區(qū)域形成溶蝕破碎帶、溶洞等不良地質(zhì)體,這些不良地質(zhì)體多被巖石碎塊或粘土充填。這些填充介質(zhì)與較完整灰?guī)r比較其介電常數(shù)就存在較大差異，從表1中我們可以看出不同介質(zhì)之間的介電常數(shù)差異性不同,這種不同就給地質(zhì)雷達(dá)提供了探測(cè)條件。

表1　相關(guān)介質(zhì)地球物理物性參數(shù)

灰?guī)r地區(qū)圍巖完整性判定從地震波理論來(lái)說(shuō)，分為如下兩種情況：

1)如果基樁樁底灰?guī)r較為完整或破碎程度較低，淺層地震反射波由于受到基巖衰減作用基本不存在反射信號(hào)，其激震入射波只經(jīng)歷自然衰減，表現(xiàn)為入射波呈指數(shù)衰減狀態(tài)。

2)如果基樁樁底圍巖內(nèi)部出現(xiàn)裂隙、溶蝕破碎帶及溶洞等異常，其淺層地震反射波就會(huì)出現(xiàn)多次反射且接收頻率也會(huì)發(fā)生變化，入射波衰減方式不遵從指數(shù)衰減。具體情況總結(jié)又有以下三種類型：

a.當(dāng)基樁樁底圍巖內(nèi)部存在未充填介質(zhì)的空洞，淺層地震激震的入射波幾乎會(huì)被全部反射回來(lái)，主要表現(xiàn)為一組一組的同相反射波束，且反射波之間時(shí)間間距一致。

b.當(dāng)基樁樁底圍巖內(nèi)部存在充填介質(zhì)的溶蝕破碎區(qū)域時(shí)，其異常的反射信號(hào)與淺層地震激震的入射波具有同相特征。由于破碎區(qū)域充填介質(zhì)的密度和地震波傳播速度比完整灰?guī)r區(qū)域密度和傳播速度低很多，淺層地震激震的入射波的高頻成分，波譜能量被充填介質(zhì)急劇吸收并減弱，反射波多表現(xiàn)為反射頻率降低、振幅能量減弱。

c.當(dāng)基樁樁底圍巖內(nèi)部不存在溶洞及溶蝕破碎帶時(shí)，僅僅只有巖溶裂隙發(fā)育，由于節(jié)理裂隙面并不能嚴(yán)格分層，節(jié)理裂隙引起的反射波與繞射波相互重疊形成一組排列復(fù)雜的反射波，這種反射波譜存在多次震蕩。

2　儀器選擇和方法布置

地質(zhì)雷達(dá)采用拉脫維亞系統(tǒng)公司生產(chǎn)的Zond12-E型地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)，工作天線主頻為500 MHz。樁底地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)測(cè)線布置方式主要采取以下兩種方式：在施工到設(shè)計(jì)標(biāo)高的基樁底部將收發(fā)一體的地質(zhì)雷達(dá)天線貼緊地面布置于基樁樁底，基樁樁底要求平整且無(wú)其他雜物,測(cè)線布設(shè)方式采用環(huán)形測(cè)線和十字測(cè)線交叉布設(shè),測(cè)試方法采用剖面法進(jìn)行采樣測(cè)試，具體布設(shè)方式如圖1所示。

地震反射波法選用武漢巖海公司生產(chǎn)的RS-W(P)型基樁動(dòng)測(cè)儀,標(biāo)稱工作頻率400 MHz(內(nèi)部)，外部總線頻率100 MHz/133 MHz。

其采樣間隔5 μs～32 767 μs連續(xù)可調(diào)，采樣長(zhǎng)度1 K～8 K可調(diào)。淺層地震發(fā)射波法采用中心激發(fā)四周接收和中心激發(fā)單側(cè)接收兩種方式進(jìn)行布置，具體布設(shè)方式如圖2所示。

3　探測(cè)實(shí)例對(duì)比分析

廣西某鋁廠自備電廠樁基工程采用人工挖孔嵌巖灌注樁,樁端持力層為中風(fēng)化灰?guī)r且嵌入深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。檢測(cè)方法采用地質(zhì)雷達(dá)和淺層地震反射波法對(duì)同一孔底巖溶探測(cè)。檢測(cè)樁孔號(hào)分別為：114，398，253。探測(cè)結(jié)果分析如下：

114號(hào)樁，樁身直徑為1.5 m，嵌巖深度為1.5 m。通過(guò)兩種探測(cè)數(shù)據(jù)分析可知：基樁樁底典型地質(zhì)雷達(dá)波列圖像顯示，地質(zhì)雷達(dá)反射波同相軸連續(xù)、雷達(dá)波反射波形一致，波長(zhǎng)短促間距相同,雷達(dá)反射波振幅相似、平均譜單一，雷達(dá)反射波衰減性狀較為相似。基樁樁底淺層地震反射波時(shí)域曲線形態(tài)多為指數(shù)衰減形態(tài)，振幅衰減一致，頻率單一，主頻曲線為單一峰值，具體波譜形態(tài)如圖3，圖4所示。推測(cè)該基樁樁底以下設(shè)計(jì)嵌巖深度范圍內(nèi)基巖較為完整,溶蝕破碎發(fā)育較弱，圍巖介質(zhì)比較均一。

398號(hào)樁，樁身直徑為2.0 m，嵌巖深度為2.0 m。通過(guò)兩種探測(cè)數(shù)據(jù)分析可知：基樁樁底典型地質(zhì)雷達(dá)波列圖像顯示，由于受到圍巖巖面節(jié)理裂隙切割影響,反射波界面較多，地質(zhì)雷達(dá)反射波振幅衰減很快波長(zhǎng)變長(zhǎng)，反射波接收頻率降低，圍巖內(nèi)部上下兩側(cè)反射波能量差異明顯,雷達(dá)波同相軸發(fā)生錯(cuò)斷，平均譜頻譜伴隨有多個(gè)主頻峰峰值，雷達(dá)反射波衰減性狀差異較大。淺層地震反射波法的時(shí)域曲線形態(tài)大體呈指數(shù)狀衰減，振幅衰減較快，頻譜曲線次峰振幅值降低為首峰振幅值的1/2，并且出現(xiàn)多次譜震蕩反射，具體波譜形態(tài)如圖5，圖6所示。通過(guò)以上數(shù)據(jù)異常形態(tài)分析推測(cè)該基樁樁底以下設(shè)計(jì)嵌巖深度范圍內(nèi)基巖出現(xiàn)不同程度的節(jié)理裂隙發(fā)育,節(jié)理裂隙發(fā)育伴隨有巖溶溶蝕現(xiàn)象，圍巖介質(zhì)均一性較差，出現(xiàn)溶蝕破碎發(fā)育區(qū)。

253號(hào)樁，樁身直徑為2.0 m，嵌巖深度為2.0 m。通過(guò)兩種探測(cè)數(shù)據(jù)分析可知：基樁樁底典型地質(zhì)雷達(dá)波列圖像顯示，雷達(dá)反射波異常界面明顯，反射波振幅衰減快，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，反射波接收頻率較低，反射波能量界面差異明顯,雷達(dá)波同相軸發(fā)生錯(cuò)斷移位，平均譜頻譜伴隨有多個(gè)規(guī)則波峰，雷達(dá)反射波衰減性狀差異較大。淺層地震反射波法的時(shí)域曲線形態(tài)不再遵循指數(shù)衰減時(shí)域曲線后半部分產(chǎn)生負(fù)相畸變，且出現(xiàn)多次譜震蕩反射，接收端為多次復(fù)雜反射波，具體波譜形態(tài)如圖7，圖8所示。通過(guò)以上數(shù)據(jù)異常形態(tài)分析推測(cè)該基樁樁底以下設(shè)計(jì)嵌巖深度范圍內(nèi)基巖出現(xiàn)不同規(guī)模的溶洞發(fā)育，異常范圍內(nèi)圍巖介質(zhì)力學(xué)性質(zhì)較差，存在不良地質(zhì)體可能性較大。

4　結(jié)語(yǔ)

1)從探測(cè)資料結(jié)果來(lái)看灰?guī)r地區(qū)兩種物探方法都能比較有效的對(duì)樁底基巖發(fā)育狀況進(jìn)行探測(cè)識(shí)別。

2)由于可溶性灰?guī)r的衰減系數(shù)較小,地質(zhì)雷達(dá)高頻電磁波具有較高的分辨率，探測(cè)淺部異常優(yōu)勢(shì)明顯，并且可以直觀定量的標(biāo)識(shí)異常的規(guī)模。淺層地震發(fā)射波由于受到激震頻率的限制其淺層的異常分辨率較低，但其探測(cè)深度比地質(zhì)雷達(dá)深，可以定位較深部的異常位置。

[1]郅正華.一種樁底巖溶無(wú)損探測(cè)方法：中國(guó)專利，ZL2010 10539463.7[P].2013-01-09.

[2]劉勇,陳征宙.樁底巖溶的地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2003(4):173-174.

[3]張宗嶺.樁孔基底淺震探測(cè)和抗干擾技術(shù)分析及應(yīng)用[J].物探與化探，2000(6):80-83.

The application effect comparison of different geophysical exploration methods in pile bottom karst detection

Zhang KaiweiNiu HeWu Yuanping

(HebeiConstructionSurveyResearchInstituteLimitedCompany,Shijiazhuang050031,China)

Application of geological radar, shallow seismic launch wave two geophysical exploration methods, this paper detected the development situation of single base pile bottom in karst region, through the analysis on the interpretation results of two kinds of geophysical exploration data, summarized the differences and applicability of two methods in base pile bottom limestone detection.

geological radar, shallow seismic reflection wave, pile bottom detection, karst

1009-6825(2016)08-0094-03

2016-01-05

張開(kāi)偉(1982- )，男，碩士，工程師

P631

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