張著倫 蔣忠良

（1.云南基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資股份有限公司 650501；2.云南藍達路橋技術(shù)咨詢有限公司 650021））

0 引言

西南地區(qū)喀斯特地貌分布廣泛，在該類地貌中地層溶洞較為發(fā)育，溶洞的存在對于樁基施工帶來困難，同時降低樁基承載力，甚至給橋梁的安全運營帶來隱患。目前，許多專家及工程師將物探技術(shù)應(yīng)用于工程中溶洞檢測進行了有益的探索：張志豪等[1]利用高密度電法、地質(zhì)雷達法等綜合物探法對某巖溶區(qū)工程項目的溶洞分布和發(fā)育情況進行了探測；馬金彪[2]采用綜合超前地質(zhì)預(yù)報手段對巖溶問題突出的滬昆高鐵中朱砂堡隧道進行應(yīng)用，取得了良好的工程效果；李曉紅等[3]采用物探及部分鉆探結(jié)合的方法，對某跨線橋樁基礎(chǔ)區(qū)域地層的溶洞及裂隙發(fā)育情況進行了研究；李俊杰等[4]采用地質(zhì)雷達、高密度電法相結(jié)合的手段對某海堤樁基工程地層中的影伏塊石進行了探測，為軟土地區(qū)樁基施工提供了探測參考；胡讓全等[5]采用跨孔地震CT 法、電阻率法、地震反射波法等6 種物探方法對廣州市白云區(qū)金沙洲地面塌陷區(qū)域的溶洞以及構(gòu)造破碎帶進行了探測，為巖溶地質(zhì)災(zāi)害區(qū)的建筑物安全評估提供了有力參考。

通過以上分析可知，目前研究人員采用多種物探方法對工程中的巖溶問題進行探測，取得了較好的成果。本文主要介紹SSP 路基地震物探法在橋梁樁基底部持力層溶洞檢測中的應(yīng)用情況，該方法可以在開挖后的施工平臺上進行地層結(jié)構(gòu)檢測，不影響樁基施工，從而確保施工銜接與施工進度，對探明地下溶洞有實際意義。

1 工程概況

探測應(yīng)用工點為某在建公路K19+575 大橋填樁基地層，該橋為跨越鄉(xiāng)道及高填方路段而設(shè)計。該橋孔跨布置為：8×39+8×40 米T 型梁式橋，結(jié)構(gòu)形式為先簡支后連續(xù)，橋梁下部結(jié)構(gòu)為重力式U 型橋臺，橋墩采用雙柱墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，為嵌巖樁類型。

橋位處于喀斯特地貌區(qū)，巖溶較為發(fā)育，溝床地形自然坡度相對較緩，橋梁中部跨越溝谷，起伏較大，溝谷以耕地、林地為主，林地植被稀疏。上覆紅黏土，厚度一般 0.5～ 5m，分布不均；下伏中風(fēng)化灰?guī)r，溶洞對橋墩樁基有潛在危害。橋址區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造總體屬華夏式構(gòu)造體系，由于受到東西向構(gòu)造體系和華夏式構(gòu)造體系的聯(lián)合與干擾而呈弧形彎曲，但區(qū)域構(gòu)造走向多趨于東西向。

2 SSP 路基地震物探法

工程物探是以地下地質(zhì)體的物性差異為基礎(chǔ)，通過儀器觀測自然或人工物理場的變化，確定地下地質(zhì)體的空間分布范圍（大小、形狀、位置等）及測定巖土體的物性參數(shù)，達到解決地質(zhì)問題的一種物理探測方法。

SSP 路基地震物探系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)集中器、地震檢波器、沖擊源三部分組成，是工程物探法的一種類型，基于地下巖土體的物理性質(zhì)不同，通過儀器觀測自然或人工物理場的變化情況，據(jù)此判斷地下地質(zhì)體的空間情況。SSP地震散射是在地震反射基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，利用地震波在非均勻介質(zhì)中傳播時遇到波阻抗變化激發(fā)出的散射波，來對差異界面位置及介質(zhì)的波速進行精細(xì)成像。適用于洞穴、塌陷區(qū)、斷層等不良地質(zhì)區(qū)域地質(zhì)探測，是路基巖層結(jié)構(gòu)物探，巖溶空洞地層結(jié)構(gòu)探測的有效方式。

SSP 物探法采集速度快、采樣精度高，防水防塵，適合多種工況，特點如下：

（1）不破壞路面，不中斷交通。對于橋梁樁基底溶洞檢測，只需在開挖后的施工平臺上進行地層結(jié)構(gòu)檢測，因其可探明一定深度和一定半徑范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)，對于具有群樁基礎(chǔ)的橋梁樁底溶洞檢測更為有利，可節(jié)省檢測時間，不影響樁基施工進度安排，從而確保施工銜接與施工進度。

（2）分辨率高，探測深度大。該方法因使用沖擊震源，其能量可以疊加，多個檢波器獲得數(shù)據(jù)豐富，探測范圍更深更寬。

（3）對巖溶、空洞、孤石敏感。

（4）可提供地質(zhì)界面和巖土波速分布。

3 樁基區(qū)域地層探測及結(jié)果分析

3.1 樁基區(qū)域地層探測

以該橋2#橋墩為例，應(yīng)用SSP 物探法進行樁基溶洞檢測，探測的目的是探測樁底 3 倍樁徑深度內(nèi)是否有溶腔，2#橋墩（右幅）橫斷如圖1 所示。

圖1.2#橋墩（右幅）橫斷圖

SSP 物探法采集數(shù)據(jù)現(xiàn)場如圖2 所示。

圖2.SSP 現(xiàn)場探測布置圖

3.2 探測結(jié)果圖色說明

探測結(jié)果主要由地震偏移圖與地震波速圖組成，但主要以波速圖為主，偏移圖輔助驗證。地震偏移圖像是對反射、散射系數(shù)成像，反應(yīng)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的界面分布。反射/散射系數(shù)有正負(fù)、強弱之分。紅色表示正，藍色表示負(fù)，深紅和深藍表示反射/散射強。紅色界面表示介質(zhì)的波阻抗增加，藍色表示介質(zhì)波阻抗下降。地震波速圖則表示地震波的反射傳播速度，一般巖土堅硬，完整性好波速較快，土層及軟巖，風(fēng)化程度越高的巖層波速較慢。

3.3 樁基地層探測結(jié)果分析

樁基設(shè)計深度均為19 米，樁徑為 1.9 米，即樁底 3 倍樁徑深度范圍為19-25 米深度。2#橋墩樁基測線地層波速分布圖和地質(zhì)偏移圖如圖3 所示。

圖3.2#墩地層波速分布圖和地質(zhì)偏移

根據(jù)底層波速分布圖和地質(zhì)偏移圖結(jié)果和現(xiàn)場地質(zhì)情況知：

（1）右幅 2-1 樁基 22-25 米深度和左幅 2-1 樁基 23-26 米深度處存在溶腔。

（2）左幅 2-0 和右幅 2-0 樁底 3 倍樁徑深度范圍（19-26 米）內(nèi)未見溶洞。

9#樁探測結(jié)果如圖4 所示，通過分析可以得出：波速分布圖中0～10m 為藍色區(qū)，波速在 1000-1460m/s 之間，對應(yīng)位置為上覆黏土層以及平臺開挖后的碎石土回填層；10m～30m 為綠色至紅色漸變區(qū)，波速由 1460m/s 增到2200m/s，該層為中風(fēng)化基巖地層；埋深 30m 以下為紅色區(qū)，波速在 2200m/s以上，對應(yīng)為微風(fēng)化-未風(fēng)化層灰?guī)r，波速高且均勻，承載力提高，地層穩(wěn)定。

圖4.9#樁基地層波速與地質(zhì)偏移圖

SSP 物探法只需在開挖后的施工平臺上進行地層結(jié)構(gòu)檢測，不需要成孔后檢測，因而不影響樁基施工進度安排。通過上述檢測分析，為橋梁樁基施工及采取工程措施提供了依據(jù)。

12#樁探測結(jié)果如圖5 所示，通過分析可以得出：波速分布圖中0～6m 為藍色區(qū)，波速在 1000-1340m/s 之間，對應(yīng)位置為上覆黏土層以及平臺開挖后的碎石土回填層；中部層埋深 6～30m 范圍存在低波速異常區(qū)，圖中橢圓圈出的區(qū)域為異常點，異常體為低波速體。上界面波阻抗高變低，藍色界面；下界面波阻抗低變高，兩界面之間為低阻區(qū)，此為異常體的位置，埋深分別為 9-18m、和 23-28m，推斷主要為充填巖溶區(qū)，波速中等，不存在大的巖溶空腔；30m 以下底部波速增高且均勻，承載力提高，地層趨于穩(wěn)定。橋墩樁基深度約 30m，對右幅 9b-0、右幅 9b-1 樁基存在一定影響，建議充填后再進行樁基澆筑。

圖5.12#樁基地層波速與地質(zhì)偏移圖

4 結(jié)論

通過采用SSP 路基地震物探系統(tǒng)技術(shù)對該橋橋墩樁基地層進行了探測，通過分析地層的地震反射波速圖以及地質(zhì)偏移圖的情況，可以準(zhǔn)確地探明巖溶在樁底的埋藏深度；且該探測法探測時無須復(fù)雜的準(zhǔn)備工作，探測過程由設(shè)備控制，簡單快捷。綜合來說采用該探測方法有利于指導(dǎo)施工提前做好應(yīng)對措施，提高樁基施工質(zhì)量，有效規(guī)避因溶洞產(chǎn)生的樁基質(zhì)量問題。