張新磊 王雙六 王 耀

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

瞬態(tài)面波勘探技術(shù)在高速公路勘察中的應(yīng)用

張新磊 王雙六 王 耀

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

依據(jù)瞬態(tài)面波勘探技術(shù)的基本原理及工作方法，通過(guò)工程實(shí)例介紹了瞬態(tài)瑞利面波勘探技術(shù)，對(duì)測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，并在總結(jié)的過(guò)程中提出一些建議和方法。

瞬態(tài)面波,勘探技術(shù)，頻散曲線，液化判別，風(fēng)化帶

0 引言

為確保勘察質(zhì)量，縮短勘察周期，降低勘察成本，滿足工程建設(shè)對(duì)勘察的高水平、高質(zhì)量、高效率的要求，適應(yīng)公路基本建設(shè)發(fā)展形勢(shì)的需要，我們?cè)诎不崭咚俟返目辈熘袕V泛采用了綜合工程物探技術(shù)，瞬態(tài)面波勘探技術(shù)應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：工程地質(zhì)勘察、基巖完整性評(píng)價(jià)、采空區(qū)勘探、地基加固效果評(píng)價(jià)、巖土的物理力學(xué)參數(shù)原位測(cè)試、飽和砂土層的液化判別、場(chǎng)地土類型和場(chǎng)地類別劃分、滑坡調(diào)查。

1 基本原理及工作方法

1.1 基本原理

面波是一種特殊的地震波。彈性波理論分析表明，在層狀介質(zhì)中，瑞利波是由S波與P波干涉而形成，其能量主要集中在介質(zhì)表面附近，能量的衰減與r1/2成正比(r為傳播距離)，比體波(P波和S波)衰減慢得多。

1.2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集使用SE2404EP型綜合工程探測(cè)儀，4 Hz檢波器，采集參數(shù)：12～24道接收、采樣率0.5 ms、采樣長(zhǎng)度1 024點(diǎn)、道間距1 m、偏移距3 m～12 m、等道距直線排列觀測(cè)系統(tǒng)、20磅大錘敲擊震源。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用專用瞬態(tài)面波數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行，人工計(jì)算層速度時(shí)可以用下列公式計(jì)算：

1)當(dāng)?shù)貙拥钠骄俣入S深度增加而增大時(shí)，應(yīng)用式(1)計(jì)算層速度。

(1)

2)當(dāng)?shù)貙拥钠骄俣入S深度增加而減小時(shí)，應(yīng)用式(2)計(jì)算層速度。

(2)

2 工程實(shí)例

2.1 劃分風(fēng)化帶

銅湯高速公路第七合同段崇覺(jué)村大橋?yàn)闃痘A(chǔ)，持力層為弱風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖，經(jīng)施工揭露樁基持力層弱風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖界限變化很大，樁長(zhǎng)難以確定，施工難度大，速度緩慢。為統(tǒng)一調(diào)整各橋樁長(zhǎng)、加快施工進(jìn)度，指揮部致函設(shè)計(jì)院，建議采用物探方法、輔以少數(shù)鉆孔逐樁查明該橋弱風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖界限。

圖1是該橋某鉆孔樁位的面波勘探頻散曲線圖，頻散曲線光滑連續(xù)、無(wú)“拐點(diǎn)”，與花崗閃長(zhǎng)巖風(fēng)化帶連續(xù)過(guò)渡、無(wú)波速突變界面的特征吻合。解譯結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 面波勘探與鉆探結(jié)果對(duì)比

2.2 地基灌漿處理效果檢測(cè)

銅湯高速公路03合同段，公路里程樁號(hào)K94+745～K94+805段分布有小煤窯采空區(qū)，煤層厚度1.0 m～2.5 m，平均厚為2.0 m，呈“雞窩狀”分布，采深12.0 m～14.0 m，覆巖為第四系沖、洪積土層和二疊系龍?zhí)督M粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，柱式、巷道式開(kāi)采，頂板全陷式垮落法管理，采空區(qū)大部分已塌陷。煤礦采空區(qū)為不穩(wěn)定區(qū)，采用注漿方案進(jìn)行了治理。

我們采用了面波勘探方法對(duì)該煤礦采空區(qū)注漿治理效果進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)工作。采用面波勘探方法測(cè)定受注層彈性波速橫波值的大小，確定受注層巖石的密實(shí)程度，評(píng)價(jià)工程質(zhì)量。檢測(cè)時(shí)施工單位已將注漿治理區(qū)路基范圍內(nèi)設(shè)計(jì)路基標(biāo)高平均下挖1.50 m～2.0 m，并用壓路機(jī)將開(kāi)挖路基部分碾壓平整。采空區(qū)埋深8 m～10 m。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范(《公路下(上)采空區(qū)勘察、設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(報(bào)批稿)2002年，交通部)，采空區(qū)注漿效果質(zhì)量檢測(cè)要求，其經(jīng)驗(yàn)值見(jiàn)表2。

表2 工程質(zhì)量檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)值

圖2是某檢測(cè)點(diǎn)的面波勘探頻散曲線圖，頻散曲線波速分層特征顯著，5 m左右深度頻散點(diǎn)分布散亂，局部存在未被注漿充填的空隙。解譯結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 面波檢測(cè)解譯結(jié)果表

2.3 液化判別

汜縣至宿州高速公路某段普遍存在亞砂土、亞粘土、飽水粉細(xì)砂土等可液化地基土,須進(jìn)行液化勢(shì)判別。我們應(yīng)用瞬態(tài)面波勘探獲得剪切波速vs,用剪切波速法進(jìn)行液化勢(shì)判別。先求出場(chǎng)地土液化時(shí)的臨界剪切波速vscr，而后與實(shí)測(cè)剪切波速vs比較，判定場(chǎng)地土液化的可能性。若vscr≥vs，則可能液化；若vs≥vscr，則不會(huì)液化。臨界剪切波速vscr用式(3)計(jì)算：

(3)

圖3是與某鉆孔同一位置的面波勘探頻散曲線圖，解譯結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 解譯結(jié)果表

3 結(jié)語(yǔ)

1)瞬態(tài)面波勘探技術(shù)具有推廣、應(yīng)用價(jià)值。特別針對(duì)公路工程的特點(diǎn)，對(duì)于地下洞穴，水域、交通不便、地形復(fù)雜地區(qū)的工程勘察，更具有極大的優(yōu)勢(shì)。

2)瞬態(tài)面波勘探技術(shù)成功應(yīng)用的前提是獲得理想的原始數(shù)據(jù)，針對(duì)不同的勘察目標(biāo)與地質(zhì)條件選取合適的采集參數(shù)，需在采集現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)?？碧缴疃却笥?0 m時(shí)宜采用比敲擊震源頻率更低的落重震源。

3)頻散曲線上縱坐標(biāo)在物理意義上是波長(zhǎng)，其與勘探深度的對(duì)應(yīng)關(guān)系較復(fù)雜，我們?cè)趯?shí)際工作中一般是與已知鉆孔資料對(duì)比，做深度校正。

4)物探必須與常規(guī)的工程地質(zhì)勘察手段相結(jié)合。

[1] JGJ/T 143—2004,J 370—2004,多道瞬態(tài)面波勘察技術(shù)規(guī)程[S].

[2] GB 50021—2001,巖土工程勘察規(guī)范[S].

[3] 肖柏勛，李長(zhǎng)征.瑞雷面波勘探技術(shù)研究述評(píng)[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2004，1(1)：38-44.

[4] 祝龍根，劉利民，耿乃興.地基基礎(chǔ)測(cè)試新技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999：92-95.

The application of transient surface wave prospecting technique in exploration of expressway

Zhang Xinlei Wang Shuangliu Wang Yao

(HighwaySurveyandDesignInstituteofAnhuiProvince,Hefei230088,China)

According to basic principles and working methods of the transient surface wave expleration technique, in conjunction with its use in engineering, the paper introduces the exploration technique-transient Rayleigh surface wave method, and the key technical points of this method is also summarized.

transient surface wave, exploration technique, frequency scattering curve, liquefaction analysis, zone of weathering

1009-6825(2017)21-0048-02

2017-05-15

張新磊(1983- )，男，工程師； 王雙六(1968- )，男，高級(jí)工程師； 王 耀(1983- )，男，工程師

P624

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