■林友煒

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，福州 350004）

鉆探是一種常規(guī)且重要的勘察技術(shù)，其具有勘察效率高、精準(zhǔn)度高及勘察深度深等優(yōu)點(diǎn)，目前常應(yīng)用于橋梁樁基的地質(zhì)勘探中[1]。 山區(qū)公路橋梁建設(shè)受地形條件制約，橋墩樁基常布設(shè)于陡坡懸崖地段，該地段的樁基地質(zhì)勘察往往采用挖孔結(jié)合地質(zhì)人員經(jīng)驗(yàn)來判斷樁基臨崖側(cè)地質(zhì)，由于地質(zhì)的隱蔽性和不均勻性，采用經(jīng)驗(yàn)判斷等勘察手段存在較大誤差，而人工鉆孔僅能勘探豎向地層情況，無法勘探橫向地質(zhì)，存在一定局限性。 為此，將地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)應(yīng)用于樁坑臨崖側(cè)地質(zhì)和孔底巖層的測量中將具有重要意義。

地質(zhì)雷達(dá)探測由于雷達(dá)設(shè)備輕便靈活、分辨率高、探測快速、結(jié)果相對準(zhǔn)確直觀、探測成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在公路工程建設(shè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[2]。 其中，王立乾[3]通過工程實(shí)例驗(yàn)證地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是公路路基質(zhì)量檢測最為理想的方法。 黃真萍等[4]開展了地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)對地鐵沿線未知涵洞探查的研究。 王振宇等[5]結(jié)合深埋長大隧道工程，提出并實(shí)踐基于掌子面編錄和地質(zhì)雷達(dá)的綜合超前預(yù)報(bào)技術(shù)。 廖秀宇等[6]、胡從驕等[7]、武科等[8]采用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)分別對樁基孔底地質(zhì)及溶洞進(jìn)行探測。

地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)在公路路基質(zhì)量檢測、涵洞探查及隧道施工的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中已經(jīng)大量應(yīng)用，在橋梁樁基孔底地質(zhì)及溶洞的探測也有部分應(yīng)用，但是在陡邊坡樁坑孔壁地質(zhì)及孔底的探測方面還未開展。 為此，本研究以福州繞城高速某橋梁挖孔樁基臨崖側(cè)孔壁和孔底巖層的地質(zhì)勘察實(shí)踐為例，探討地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)在樁坑臨崖側(cè)孔壁勘察中的適用性。 證實(shí)在成樁條件下，合理運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)，可更為快速準(zhǔn)確判別陡坡基坑側(cè)壁和樁底巖體的厚度和土層分布情況，為樁基的設(shè)計(jì)和安全施工提供科學(xué)依據(jù)。

1 工程背景

本研究以福州繞城高速某橋梁為背景，擬建橋梁位于連江縣東湖鎮(zhèn)飛石村，橫跨連江縣雨峰生態(tài)農(nóng)業(yè)園下游一大沖溝。 大橋左幅中心樁號K42+290.5，橋孔為（40+50+40）m 預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)T 梁，橋長141.0 m；右幅中心樁號K42+280，橋孔為2×40 m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)T 梁，橋長88.0 m，見圖1。

圖1 橋位平面圖

橋址區(qū)屬丘陵坡地間沖溝地貌， 地形起伏大，橋梁跨越?jīng)_溝，寬度10～20 m，有一山澗發(fā)育，沖溝橫斷面坡度陡峭，溝底基巖裸露；山坡植被發(fā)育，兩側(cè)橋臺自然山坡穩(wěn)定，經(jīng)地質(zhì)測繪并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)，該橋址區(qū)未見發(fā)育斷層帶。 該橋左橋1 號橋墩布設(shè)在陡坡懸崖地段，見圖2。

圖2 左橋1 號橋墩處地形地貌

2 陡坡懸崖常規(guī)地質(zhì)勘察

通過在橋墩樁位處布設(shè)單點(diǎn)勘探孔，根據(jù)鉆探孔取出的土層樣本，分析鉆孔處的地層厚度，并結(jié)合巖土工程人員的經(jīng)驗(yàn)來推斷樁位處的地層面分布情況。 根據(jù)現(xiàn)場鉆探及經(jīng)驗(yàn)判斷，勘察單位提供了橋墩處橫斷面地質(zhì)圖（圖3）。由圖3 可知，在鉆孔深度范圍內(nèi)共有四層覆蓋層，分別為坡積含礫亞粘土、碎塊狀強(qiáng)分化花崗巖、弱分化花崗巖、微分化花崗巖。

圖3 左橋1 號橋墩橫斷面地質(zhì)剖面圖

3 陡坡懸崖地質(zhì)雷達(dá)探測

本項(xiàng)目橋址處的地表植被清理后，發(fā)現(xiàn)地形情況與原設(shè)計(jì)有出入，受常規(guī)勘察工具的限制，確定在人工挖基坑過程中采用地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)對巖壁進(jìn)行輔助測量，以確保設(shè)計(jì)的樁基安全。

3.1 地質(zhì)雷達(dá)探測原理與技術(shù)參數(shù)

地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)是根據(jù)地下介質(zhì)的電性差異，利用電磁脈沖波的反射來探測地下介質(zhì)分布形態(tài)與特征的一種方法。 通過發(fā)射天線向被測介質(zhì)發(fā)送高頻脈沖電磁波，當(dāng)其遇到不均勻體（界面）時(shí)會反射一部分電磁波，雷達(dá)主機(jī)通過對此部分的反射波進(jìn)行實(shí)時(shí)接收和處理，得到二維雷達(dá)圖像，通過配套程序解析上述圖像以獲取地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀況，達(dá)到識別目標(biāo)介質(zhì)的目的[9]。

現(xiàn)場檢測與數(shù)據(jù)采集可采用加拿大探頭與軟件公司生產(chǎn)的pulseEKKO PRO 專業(yè)型最新一代探地雷達(dá)系統(tǒng)。 該系統(tǒng)配備有專門應(yīng)用于人工挖孔樁樁底地質(zhì)情況探查的30 m 長光纖信號傳輸線，在介質(zhì)中有效探測距離（深度）達(dá)20 m 以上。 當(dāng)人工挖孔接近原設(shè)計(jì)初定樁底標(biāo)高后即可安排孔壁孔底雷達(dá)探測。 挖孔樁孔壁探測時(shí)采用中心頻率為100 Mhz 的天線，側(cè)壁采用垂直剖面探測法，樁底采用環(huán)形剖面法進(jìn)行探測。 數(shù)據(jù)采集時(shí)間窗為500 ns，天線偏移距為1 m。 反射波采集后用該公司的配套處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理。

3.2 挖孔樁位地質(zhì)調(diào)繪

為能準(zhǔn)確評估挖孔樁側(cè)壁的厚度及巖體分布情況，在采用地質(zhì)雷達(dá)探測前，通過已開挖的樁孔坑位進(jìn)行地質(zhì)調(diào)繪（圖4）。

圖4 樁基坑壁巖體影像

從已清理的坡面和人工開挖的孔坑可以觀測到，樁位處橫向地勢較陡，基坑基巖埋深淺，樁底側(cè)壁巖性主要為淺肉紅色、 青灰色夾灰白色的弱～微風(fēng)化燕山晚期花崗巖（γ53），巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖體較完整，呈塊狀、厚層狀結(jié)構(gòu)。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，巖體完整性指數(shù)Kv為0.67～0.74；節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體體積節(jié)理數(shù)Jv為3.4～5.8。根據(jù)該樁位巖性特征和相關(guān)資料取用外側(cè)壁巖石介質(zhì)的平均雷達(dá)波速度為0.1 m/ns。

3.3 樁基外側(cè)壁與樁底地質(zhì)雷達(dá)探測分析

由圖5 可知，外側(cè)壁懸崖表面界限在雷達(dá)記錄上顯示清晰，產(chǎn)狀較陡。 地質(zhì)雷達(dá)記錄顯示外側(cè)壁巖體內(nèi)回波能量較弱，反映該樁位外側(cè)壁巖體結(jié)構(gòu)較完整，但在外側(cè)壁巖體內(nèi)有一條產(chǎn)狀較陡，朝樁坑方向傾斜的裂隙帶存在，借助專業(yè)的雷達(dá)數(shù)據(jù)后處理軟件，可得樁坑外側(cè)壁地層的分布及厚度情況（圖6）。由圖6 可知，該樁孔外側(cè)壁巖體從內(nèi)往外可分為微～弱風(fēng)化帶、強(qiáng)風(fēng)化帶、第四系與全風(fēng)化帶，其中挖孔爆破時(shí)對孔壁巖體的破損影響范圍約2 m， 而這個(gè)影響厚度用人工檢測或常規(guī)的勘察方式均無法反應(yīng)，也常被設(shè)計(jì)人員所忽略。 由圖6 還可知，距孔頂5 m 處，孔壁臨崖側(cè)厚度為4.58 m；距孔頂10 m 處， 孔壁臨崖側(cè)厚度為6.79 m； 距孔頂15 m 處， 孔壁臨崖側(cè)厚度為8.81 m； 距孔頂20 m處，孔壁臨崖側(cè)厚度為10.68 m；孔底處，孔壁臨崖側(cè)厚度為11.52 m。

圖6 左橋1 號橋墩處樁孔外側(cè)壁巖體厚度及結(jié)構(gòu)

由圖7 可知，波形反映了橋墩樁基底部在樁底以下0～12 m 范圍巖石介質(zhì)中有一組近于水平的節(jié)理發(fā)育，但巖體結(jié)構(gòu)較完整；樁底12 m 以下范圍巖石結(jié)構(gòu)完整。

圖7 左橋1 號橋墩處樁底地質(zhì)雷達(dá)探測記錄

通過使用地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)可知， 在陡坡路段，特別是帶有陡崖地形的橋址處，受巖土勘察成本的制約，勘察單位一般很難能做到通過布設(shè)足量的鉆探取樣以真實(shí)揭示山坡巖體的土層分布，人工測量也因勘察設(shè)備和野外環(huán)境的制約導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。 為確保橋梁基礎(chǔ)的牢固穩(wěn)定安全，設(shè)計(jì)者非常需要在樁基成孔過程中對樁基巖壁特別是臨崖側(cè)的厚度和地質(zhì)情況的再確認(rèn)，而地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)為實(shí)現(xiàn)上述目的提供了很好的途徑。

4 結(jié)語

通過研究地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)在陡坡樁坑臨崖側(cè)地質(zhì)測量中的應(yīng)用，主要結(jié)論如下：（1）實(shí)踐證明挖孔成樁工藝下的陡坡橋梁樁基，當(dāng)初期地勘資料不夠完善或與現(xiàn)場地質(zhì)有較大出入的，在樁基施工澆筑砼前， 可通過合理運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)探測手段，探明地質(zhì)情況，避免因原地勘或測量資料的不準(zhǔn)確導(dǎo)致盲目設(shè)計(jì)與施工；（2）挖孔樁基施工時(shí)，將對樁孔附近巖體產(chǎn)生約2 m 的爆破影響帶，在設(shè)計(jì)施工時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)考慮挖孔施工對孔周巖體破壞的影響；（3）雖然探討了地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)在樁孔臨崖側(cè)地質(zhì)勘察中的應(yīng)用，但是在挖孔樁施工時(shí)對孔壁產(chǎn)生的爆破影響范圍還需要進(jìn)一步研究。