淺層地震反射波法和地質雷達法的應用

丁寧寧

河北省地礦局第二地質大隊，河北 唐山 063000

隨著國民經濟的迅猛發展，各種基礎設施建設工程、水利工程、道路工程等在全國各地迅速展開。近幾年，尤以住宅建設工程更是百姓們關注的焦點。由于科技的發展，在建筑工程中使用了多種物理勘探方法以保證工程的質量。

1）唐山市位于華北板塊東部，由于受太平洋板塊的俯沖作用，形成了由一系列相互平行的NNE——NE向斷裂組成的唐山斷裂帶。另外唐山市也是我國巖溶塌陷比較嚴重的地區之一，再加上采空區塌陷，第四系淺層地下水漏斗的形成，造成市區的地質情況復雜。萬丈高樓，基礎為本。如果高層建筑的地基沒有處理好，將會埋下嚴重的隱患，造成極大的危害。本工程首先是對唐山市市郊某高層住宅小區進行的地質勘察，此次勘察的目的是：初步查明該工程場地覆蓋層的厚度和基巖的起伏形態，探明隱伏斷層構造的位置，可能存在的規模大小及空間展布情況，還有對該地基淺層土（空）洞情況的探測。淺層地震法是利用人工激發的地震波在彈性介質不同的地層內傳播規律，研究與巖土工程有關的地質、構造、巖土體的物理力學特性，并對工程場地與人工建筑物的適應性進行評價的一種地球物理勘探方法。它是通過測量地震波在地下介質中的傳播速度的方法來達到探測目的的。由于不同類型巖(土)具有不同的彈性特征如速度、密度等，當地震波通過巖層(土層)分界面時，將產生反射、折射，并且有縱波、橫波和面波等之分，這些不同類型的波具有不同的傳播速度、途徑、頻率和強度，用儀器和計算機可以記錄、分析各種波的傳播時間和波形特征，從而實現不同地層層面的劃分。由于本工程遠離市區，地勢相對較低，巖層含水量大，有利于反射波的激發與傳播。在本次勘探工程的具體實施中，采用道間距為1m，偏移距為18m，炮間距為3m，24道接受，4層覆蓋的觀測系統。采用18磅重錘敲擊作為激發震源，其優點是安全、方便、廉價、有效。雖然單次擊發能量較小，但多次激發可使有效信號增強，有利于垂直疊加。最終根據物探勘察數據計算得出的結果和鉆探結果相比較，吻合性好，解釋可靠。由于地震波場十分復雜，除了有反射波以外，還有沿地面傳播的地滾波、聲波、面波、折射波。特別是在近炮點處，直達波、聲波、面波和淺層反射波混在一起，反射波無法拾取。因此，深度10m以內或5m內可稱為淺層地震反射法的盲區。空間尺寸小于10m的土洞難以發現。所以，該地基淺層土（空）洞的任探測務采用的是地質雷達法。地質雷達法在該地基以土（空）洞作為探測目標過程中，體現出極強的優勢。因為土（空）洞與周圍的土壤具有明顯不同的介電性質。土（空）洞如保存完好且未被地下水充盈時，表現為高電阻率特征；反之則表現為低電阻率特征。當土（空）洞塌陷后，在洞內形成破碎、疏松的堆積物，與圍巖的導電和介電性質同樣具有差異。另外，地質雷達的探測深度受地表電阻率的影響很大，當地表干燥時，100MHz的工作天線的有效探測深度為10m；當地表潮濕時，探測深度只有5m，甚至更小。因此，地質雷達是適宜探測埋藏淺（一般小于10m）、規模小（一般小于3m）的土洞，這也正符合本次勘探任務的要求結果，在本次勘探過程中，地質雷達以其精度高、效率高、成本低、成果直觀的特點，順利地完成了對地基地層10m以內、直徑小于3m的土（空）洞的探測。同時提供了連續的平面和剖面形態的資料圖件，對土洞的分布范圍、埋深、大小及連通情況一目了然，對該工程的設計和施工起到了科學的指導作用，經濟效益和社會效益明顯。

2）在本次工程進行過程中和竣工后的工程質量檢測也是一個非常重要的環節。其中的混凝土工程質量檢測又是重中之重。對于混凝土結構質量情況的確認，就必須采用局部破損或非破損的方法進行檢測，而對于絕大多數的結構來說，破損試驗是不允許的。這樣一來，非破損測性試驗就顯得很重要。而混凝土雷達作為一種先進的無損檢測設備，它具有高精度的分辨率、檢測速度快、操作簡便等特點，為本工程的混凝土結構質量檢測提供了一種可行的檢測手段。

在這次工程施工過程中和竣工后，通過使用混凝土雷達，主要對樓體內外墻中混凝土芯柱的澆筑質量及混凝土內鋼筋配置情況作以確認。在檢測空心砌塊部位時，更是發揮了雷達精、準、快的特點，對于該灌實混凝土的部位是否灌實、該植入鋼筋的部位是否植入等都作了精確的檢測，為工程的質量提供了科學的保障。

盡管雷達對混凝土的檢測有那么多優點，但在某些項目上的精度還不夠，如對鋼筋直徑的檢測，目前還沒有達到毫米級。也就是說在雷達圖像上看，基本不能區分8mm和10mm直徑的鋼筋。雖然雷達有著這樣的不足，但在實際應用中還是首選。

當然，在高層建筑地基勘察工程中和混凝土結構質量檢測中還有其它方法，如勘察地層10m以下，直徑大于3m的溶洞，也有用高密度電法的；探測混凝土內部鋼筋直徑的就得用鋼筋探測儀等。

總之，在高層建筑地基勘察工程中和混凝土結構質量檢測中，淺層地震法和地質雷達法是應用最普遍的兩種物探方法。

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