不同物探方法在樁底巖溶探測中的應用效果對比

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(河北建設勘察研究院有限公司，河北 石家莊　050031)

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不同物探方法在樁底巖溶探測中的應用效果對比

張開偉牛禾吳元平

(河北建設勘察研究院有限公司，河北 石家莊050031)

應用地質雷達、淺層地震反射波法兩種物探方法，對巖溶地區單個基樁樁底基巖發育情況進行探測，通過分析兩種勘探資料的解釋成果，總結了兩種方法在基樁樁底灰巖探測中的差異性和適用性。

地質雷達，淺層地震反射波，樁底探測，巖溶

0　引言

在喀斯特地貌灰巖區域進行地基處理，在施工處理之前都會進行過詳細的工程勘察，即使勘察工作做得很細，但到了真正施工落實到每根基樁上的時候，前期的勘察資料就顯得捉襟見肘。在樁基施工過程中，對于能否保證每根基樁的樁端嵌入具有一定承載力厚度的穩定灰巖之中，基樁樁底下部是否存在不穩定地質體就變得很重要。地質雷達和淺層地震反射波法這兩種物探方法業內都有同行使用，作者通過使用這兩種方法來了解樁底下部設計樁徑要求嵌入深度范圍內圍巖巖體的溶蝕和穩定情況，判定能否達到基樁成孔設計質量要求。

1　巖溶地區的地電物性異常特征分析

工作區位于廣西靖西地區，屬于典型的喀斯特巖溶發育地貌地區，基樁樁底持力層主要為中風化及微風化灰巖。該區域灰巖存在不同程度的節理裂隙發育,尤其受到地下水的侵蝕作用,沿節理裂隙面圍巖都有溶蝕現象,個別區域形成溶蝕破碎帶、溶洞等不良地質體,這些不良地質體多被巖石碎塊或粘土充填。這些填充介質與較完整灰巖比較其介電常數就存在較大差異，從表1中我們可以看出不同介質之間的介電常數差異性不同,這種不同就給地質雷達提供了探測條件。

表1　相關介質地球物理物性參數

灰巖地區圍巖完整性判定從地震波理論來說，分為如下兩種情況：

1)如果基樁樁底灰巖較為完整或破碎程度較低，淺層地震反射波由于受到基巖衰減作用基本不存在反射信號，其激震入射波只經歷自然衰減，表現為入射波呈指數衰減狀態。

2)如果基樁樁底圍巖內部出現裂隙、溶蝕破碎帶及溶洞等異常，其淺層地震反射波就會出現多次反射且接收頻率也會發生變化，入射波衰減方式不遵從指數衰減。具體情況總結又有以下三種類型：

a.當基樁樁底圍巖內部存在未充填介質的空洞，淺層地震激震的入射波幾乎會被全部反射回來，主要表現為一組一組的同相反射波束，且反射波之間時間間距一致。

b.當基樁樁底圍巖內部存在充填介質的溶蝕破碎區域時，其異常的反射信號與淺層地震激震的入射波具有同相特征。由于破碎區域充填介質的密度和地震波傳播速度比完整灰巖區域密度和傳播速度低很多，淺層地震激震的入射波的高頻成分，波譜能量被充填介質急劇吸收并減弱，反射波多表現為反射頻率降低、振幅能量減弱。

c.當基樁樁底圍巖內部不存在溶洞及溶蝕破碎帶時，僅僅只有巖溶裂隙發育，由于節理裂隙面并不能嚴格分層，節理裂隙引起的反射波與繞射波相互重疊形成一組排列復雜的反射波，這種反射波譜存在多次震蕩。

2　儀器選擇和方法布置

地質雷達采用拉脫維亞系統公司生產的Zond12-E型地質雷達系統，工作天線主頻為500 MHz。樁底地質雷達探測測線布置方式主要采取以下兩種方式：在施工到設計標高的基樁底部將收發一體的地質雷達天線貼緊地面布置于基樁樁底，基樁樁底要求平整且無其他雜物,測線布設方式采用環形測線和十字測線交叉布設,測試方法采用剖面法進行采樣測試，具體布設方式如圖1所示。

地震反射波法選用武漢巖海公司生產的RS-W(P)型基樁動測儀,標稱工作頻率400 MHz(內部)，外部總線頻率100 MHz/133 MHz。

其采樣間隔5 μs～32 767 μs連續可調，采樣長度1 K～8 K可調。淺層地震發射波法采用中心激發四周接收和中心激發單側接收兩種方式進行布置，具體布設方式如圖2所示。

3　探測實例對比分析

廣西某鋁廠自備電廠樁基工程采用人工挖孔嵌巖灌注樁,樁端持力層為中風化灰巖且嵌入深度達到設計要求。檢測方法采用地質雷達和淺層地震反射波法對同一孔底巖溶探測。檢測樁孔號分別為：114，398，253。探測結果分析如下：

114號樁，樁身直徑為1.5 m，嵌巖深度為1.5 m。通過兩種探測數據分析可知：基樁樁底典型地質雷達波列圖像顯示，地質雷達反射波同相軸連續、雷達波反射波形一致，波長短促間距相同,雷達反射波振幅相似、平均譜單一，雷達反射波衰減性狀較為相似?；鶚稑兜诇\層地震反射波時域曲線形態多為指數衰減形態，振幅衰減一致，頻率單一，主頻曲線為單一峰值，具體波譜形態如圖3，圖4所示。推測該基樁樁底以下設計嵌巖深度范圍內基巖較為完整,溶蝕破碎發育較弱，圍巖介質比較均一。

398號樁，樁身直徑為2.0 m，嵌巖深度為2.0 m。通過兩種探測數據分析可知：基樁樁底典型地質雷達波列圖像顯示，由于受到圍巖巖面節理裂隙切割影響,反射波界面較多，地質雷達反射波振幅衰減很快波長變長，反射波接收頻率降低，圍巖內部上下兩側反射波能量差異明顯,雷達波同相軸發生錯斷，平均譜頻譜伴隨有多個主頻峰峰值，雷達反射波衰減性狀差異較大。淺層地震反射波法的時域曲線形態大體呈指數狀衰減，振幅衰減較快，頻譜曲線次峰振幅值降低為首峰振幅值的1/2，并且出現多次譜震蕩反射，具體波譜形態如圖5，圖6所示。通過以上數據異常形態分析推測該基樁樁底以下設計嵌巖深度范圍內基巖出現不同程度的節理裂隙發育,節理裂隙發育伴隨有巖溶溶蝕現象，圍巖介質均一性較差，出現溶蝕破碎發育區。

253號樁，樁身直徑為2.0 m，嵌巖深度為2.0 m。通過兩種探測數據分析可知：基樁樁底典型地質雷達波列圖像顯示，雷達反射波異常界面明顯，反射波振幅衰減快，波長變長，反射波接收頻率較低，反射波能量界面差異明顯,雷達波同相軸發生錯斷移位，平均譜頻譜伴隨有多個規則波峰，雷達反射波衰減性狀差異較大。淺層地震反射波法的時域曲線形態不再遵循指數衰減時域曲線后半部分產生負相畸變，且出現多次譜震蕩反射，接收端為多次復雜反射波，具體波譜形態如圖7，圖8所示。通過以上數據異常形態分析推測該基樁樁底以下設計嵌巖深度范圍內基巖出現不同規模的溶洞發育，異常范圍內圍巖介質力學性質較差，存在不良地質體可能性較大。

4　結語

1)從探測資料結果來看灰巖地區兩種物探方法都能比較有效的對樁底基巖發育狀況進行探測識別。

2)由于可溶性灰巖的衰減系數較小,地質雷達高頻電磁波具有較高的分辨率，探測淺部異常優勢明顯，并且可以直觀定量的標識異常的規模。淺層地震發射波由于受到激震頻率的限制其淺層的異常分辨率較低，但其探測深度比地質雷達深，可以定位較深部的異常位置。

[1]郅正華.一種樁底巖溶無損探測方法：中國專利，ZL2010 10539463.7[P].2013-01-09.

[2]劉勇,陳征宙.樁底巖溶的地質雷達探測[J].勘察科學技術，2003(4):173-174.

[3]張宗嶺.樁孔基底淺震探測和抗干擾技術分析及應用[J].物探與化探，2000(6):80-83.

The application effect comparison of different geophysical exploration methods in pile bottom karst detection

Zhang KaiweiNiu HeWu Yuanping

(HebeiConstructionSurveyResearchInstituteLimitedCompany,Shijiazhuang050031,China)

Application of geological radar, shallow seismic launch wave two geophysical exploration methods, this paper detected the development situation of single base pile bottom in karst region, through the analysis on the interpretation results of two kinds of geophysical exploration data, summarized the differences and applicability of two methods in base pile bottom limestone detection.

geological radar, shallow seismic reflection wave, pile bottom detection, karst

1009-6825(2016)08-0094-03

2016-01-05

張開偉(1982- )，男，碩士，工程師

P631

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