宿曉輝，王學(xué)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(yáng)泉一直都是我國(guó)無(wú)煙煤最大的生產(chǎn)地，地下孕育著豐富的煤炭資源。經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，農(nóng)村人口不斷向城市中心遷移，導(dǎo)致城市用地寸土寸金，用地緊張[1]。以前通過開采過礦產(chǎn)的不利場(chǎng)地，就必須通過評(píng)價(jià)治理來滿足城市的發(fā)展。采空區(qū)場(chǎng)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(shè)用地，須采用有效的勘察手段對(duì)采空區(qū)進(jìn)行前期勘察。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

擬建陽(yáng)泉住宅建設(shè)項(xiàng)目總土地使用面積約3.5 萬(wàn)m2，共包括12 棟住宅，均為低層建筑，結(jié)構(gòu)類型為磚混結(jié)構(gòu)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)出露的地層斷面和資料調(diào)查，場(chǎng)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(yuǎn)，經(jīng)過走訪調(diào)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(chǎng)地下覆地層由第四系人工回填形成的填土層和石炭紀(jì)C3泥巖、煤、砂巖、石灰?guī)r等組成。

2 物探測(cè)試

2.1 建設(shè)場(chǎng)地參數(shù)分析

不同的巖層具有不同的導(dǎo)電性，電法勘探就是通過測(cè)定地下不同地點(diǎn)、不同深度的電性差異來達(dá)到查找地質(zhì)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(zhì)問題的前提條件是目標(biāo)地質(zhì)體和圍巖存在電性差異。由于本區(qū)綜合勘探的主要任務(wù)是探測(cè)區(qū)內(nèi)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(zhì)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(yàn)的選擇

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

本次物探測(cè)試首先進(jìn)行了試驗(yàn)工作，證實(shí)該高密度方法的有效性，并對(duì)相關(guān)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析，最終選擇了適合本區(qū)的施工技術(shù)方案。

2.3 高密度試驗(yàn)的布置

本次高密度電法工作布置為：線距5m，部分由于場(chǎng)地限制變更為10m，點(diǎn)距4m，部分2m 和3m，全區(qū)布置測(cè)線總共27 條，測(cè)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(diǎn)1606 個(gè)，試驗(yàn)點(diǎn)120 個(gè)，全區(qū)共完成高密度電法勘探物理點(diǎn)1606 個(gè)，剖面合計(jì)長(zhǎng)度5268m。所獲資料經(jīng)檢查驗(yàn)收，質(zhì)量符合《電法勘探規(guī)范（MT/T 898—2000）》要求。

2.4 高密度試驗(yàn)的成果

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

3 鉆探對(duì)比驗(yàn)證

3.1 鉆探簡(jiǎn)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?？辈旒夹g(shù)人員先運(yùn)用工程鉆機(jī)場(chǎng)地布置點(diǎn)處進(jìn)行開孔取樣，之后現(xiàn)場(chǎng)編錄描述對(duì)土樣及巖樣進(jìn)行包裝，送交實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)的物理和力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，同時(shí)可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的地層巖性和地下水賦存情況進(jìn)行比較直觀的觀測(cè)和記錄。鉆探法它有一個(gè)很大的缺陷，即耗時(shí)較長(zhǎng)，同時(shí)作業(yè)強(qiáng)度和成本都較高[2]。

在對(duì)土層實(shí)行鉆進(jìn)工作時(shí)，要先用干鉆，并適當(dāng)縮短鉆程。和與物探相比，鉆探有著穿梭性優(yōu)勢(shì)，它能夠在大多數(shù)環(huán)境下使用，地質(zhì)對(duì)其的影響微乎其微，同時(shí)其勘察深度也較深。但其也存在一些困難，如對(duì)一些地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的情況不能進(jìn)行直接觀察，巖心的獲取也比較困難，導(dǎo)致鉆探的精確度大大降低，勘察工作達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)需要[3]。

3.2 方式方法

本場(chǎng)地鉆探采用2 臺(tái)HT-200 型鉆機(jī)及2 臺(tái)XY－4 型鉆機(jī)。采用金剛石復(fù)合片鉆頭回轉(zhuǎn)取芯鉆進(jìn)用以揭露地層情況，土層采用泥漿護(hù)壁，巖層采用清水鉆進(jìn)；開孔口徑為φ110mm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，鉆進(jìn)到完整基巖后，先下φ108mm 井壁管，然后改用φ91mm 的口徑，鉆進(jìn)至終孔；在預(yù)計(jì)的煤層頂板上1m 處，包括煤層及其底板深度內(nèi)，均采用筒狀鉆頭并采用清水鉆進(jìn)取芯，每次回次進(jìn)尺不得超過1.5m，一定要保證采取巖心的采取率。同時(shí)每回次進(jìn)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(duì)比成果

通過上述試驗(yàn)資料與鉆探資料的對(duì)比分析，對(duì)所獲試驗(yàn)資料進(jìn)行處理，證實(shí)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(diǎn)102～138m，電阻率值為36.149～45.410Ω·m，結(jié)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(diǎn)20～28m 為低阻體異常帶，電阻率值為48.108～52.193Ω·m，結(jié)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(diǎn)28～33m 的低阻體異常帶，電阻率值為40.021～41.510Ω·m，結(jié)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(jié)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(yàn)基本確定了低阻異常的電阻率范圍值，再對(duì)全區(qū)的高密度地電剖面圖反映的低阻異常區(qū)位置進(jìn)行分析比較，結(jié)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(duì)該區(qū)的分析解釋，編制了采空區(qū)分布圖，劃分出2 個(gè)采空區(qū)，1 個(gè)異常區(qū)（見表1），編號(hào)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(cè)區(qū)的37 號(hào)樓基礎(chǔ)及附近，分別由高密度電法測(cè)線P11～P20 共同控制，試驗(yàn)時(shí)布置的P13、P16 測(cè)線的反演解釋與鉆探資料的結(jié)合也很好的驗(yàn)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(cè)區(qū)中部的33 號(hào)樓基礎(chǔ)東北部及以北地帶，分別由高密度電法測(cè)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(wú)序開采的特點(diǎn)。采空區(qū)深度較淺，大部分已被上覆塌陷巖層充填，內(nèi)有各種松散的裂隙、孔隙存在，且含水時(shí)其電阻率呈低阻反映。

異常Ⅰ：位于測(cè)區(qū)西北部的36 號(hào)樓及以西地帶，分別由高密度電法測(cè)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(fēng)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(jié)論

通過對(duì)該建筑區(qū)高密度電法及鉆探測(cè)試的研究，得出如下結(jié)論：

（1）本次物探劃分出2 個(gè)采空區(qū)，1 個(gè)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(nèi)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(wú)序開采的特點(diǎn)，分布面積約3472m2，約占場(chǎng)地總面積的9.8%。

物探法與鉆探法各有優(yōu)缺點(diǎn)，這就需要工程的有關(guān)人員不斷總結(jié)測(cè)繪經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況與工程項(xiàng)目的要求，靈活運(yùn)用，實(shí)行精細(xì)化勘測(cè)作業(yè)，不斷提高工程地質(zhì)勘察的質(zhì)量。