瞬態面波勘探技術在高速公路勘察中的應用

張新磊 王雙六 王 耀

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

瞬態面波勘探技術在高速公路勘察中的應用

張新磊 王雙六 王 耀

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

依據瞬態面波勘探技術的基本原理及工作方法，通過工程實例介紹了瞬態瑞利面波勘探技術，對測試技術進行了總結，并在總結的過程中提出一些建議和方法。

瞬態面波,勘探技術，頻散曲線，液化判別，風化帶

0 引言

為確保勘察質量，縮短勘察周期，降低勘察成本，滿足工程建設對勘察的高水平、高質量、高效率的要求，適應公路基本建設發展形勢的需要，我們在安徽高速公路的勘察中廣泛采用了綜合工程物探技術，瞬態面波勘探技術應用于以下幾個方面：工程地質勘察、基巖完整性評價、采空區勘探、地基加固效果評價、巖土的物理力學參數原位測試、飽和砂土層的液化判別、場地土類型和場地類別劃分、滑坡調查。

1 基本原理及工作方法

1.1 基本原理

面波是一種特殊的地震波。彈性波理論分析表明，在層狀介質中，瑞利波是由S波與P波干涉而形成，其能量主要集中在介質表面附近，能量的衰減與r1/2成正比(r為傳播距離)，比體波(P波和S波)衰減慢得多。

1.2 數據采集

數據采集使用SE2404EP型綜合工程探測儀，4 Hz檢波器，采集參數：12～24道接收、采樣率0.5 ms、采樣長度1 024點、道間距1 m、偏移距3 m～12 m、等道距直線排列觀測系統、20磅大錘敲擊震源。

1.3 數據處理

數據處理采用專用瞬態面波數據處理軟件進行，人工計算層速度時可以用下列公式計算：

1)當地層的平均速度隨深度增加而增大時，應用式(1)計算層速度。

(1)

2)當地層的平均速度隨深度增加而減小時，應用式(2)計算層速度。

(2)

2 工程實例

2.1 劃分風化帶

銅湯高速公路第七合同段崇覺村大橋為樁基礎，持力層為弱風化花崗閃長巖，經施工揭露樁基持力層弱風化花崗閃長巖界限變化很大，樁長難以確定，施工難度大，速度緩慢。為統一調整各橋樁長、加快施工進度，指揮部致函設計院，建議采用物探方法、輔以少數鉆孔逐樁查明該橋弱風化花崗閃長巖界限。

圖1是該橋某鉆孔樁位的面波勘探頻散曲線圖，頻散曲線光滑連續、無“拐點”，與花崗閃長巖風化帶連續過渡、無波速突變界面的特征吻合。解譯結果見表1。

表1 面波勘探與鉆探結果對比

2.2 地基灌漿處理效果檢測

銅湯高速公路03合同段，公路里程樁號K94+745～K94+805段分布有小煤窯采空區，煤層厚度1.0 m～2.5 m，平均厚為2.0 m，呈“雞窩狀”分布，采深12.0 m～14.0 m，覆巖為第四系沖、洪積土層和二疊系龍潭組粉砂巖、泥質粉砂巖，柱式、巷道式開采，頂板全陷式垮落法管理，采空區大部分已塌陷。煤礦采空區為不穩定區，采用注漿方案進行了治理。

我們采用了面波勘探方法對該煤礦采空區注漿治理效果進行質量檢測工作。采用面波勘探方法測定受注層彈性波速橫波值的大小，確定受注層巖石的密實程度，評價工程質量。檢測時施工單位已將注漿治理區路基范圍內設計路基標高平均下挖1.50 m～2.0 m，并用壓路機將開挖路基部分碾壓平整。采空區埋深8 m～10 m。

根據相關規范(《公路下(上)采空區勘察、設計與施工技術規范》(報批稿)2002年，交通部)，采空區注漿效果質量檢測要求，其經驗值見表2。

表2 工程質量檢測經驗值

圖2是某檢測點的面波勘探頻散曲線圖，頻散曲線波速分層特征顯著，5 m左右深度頻散點分布散亂，局部存在未被注漿充填的空隙。解譯結果見表3。

表3 面波檢測解譯結果表

2.3 液化判別

汜縣至宿州高速公路某段普遍存在亞砂土、亞粘土、飽水粉細砂土等可液化地基土,須進行液化勢判別。我們應用瞬態面波勘探獲得剪切波速vs,用剪切波速法進行液化勢判別。先求出場地土液化時的臨界剪切波速vscr，而后與實測剪切波速vs比較，判定場地土液化的可能性。若vscr≥vs，則可能液化；若vs≥vscr，則不會液化。臨界剪切波速vscr用式(3)計算：

(3)

圖3是與某鉆孔同一位置的面波勘探頻散曲線圖，解譯結果見表4。

表4 解譯結果表

3 結語

1)瞬態面波勘探技術具有推廣、應用價值。特別針對公路工程的特點，對于地下洞穴，水域、交通不便、地形復雜地區的工程勘察，更具有極大的優勢。

2)瞬態面波勘探技術成功應用的前提是獲得理想的原始數據，針對不同的勘察目標與地質條件選取合適的采集參數，需在采集現場進行試驗。勘探深度大于20 m時宜采用比敲擊震源頻率更低的落重震源。

3)頻散曲線上縱坐標在物理意義上是波長，其與勘探深度的對應關系較復雜，我們在實際工作中一般是與已知鉆孔資料對比，做深度校正。

4)物探必須與常規的工程地質勘察手段相結合。

[1] JGJ/T 143—2004,J 370—2004,多道瞬態面波勘察技術規程[S].

[2] GB 50021—2001,巖土工程勘察規范[S].

[3] 肖柏勛，李長征.瑞雷面波勘探技術研究述評[J].工程地球物理學報，2004，1(1)：38-44.

[4] 祝龍根，劉利民，耿乃興.地基基礎測試新技術[M].北京：機械工業出版社，1999：92-95.

The application of transient surface wave prospecting technique in exploration of expressway

Zhang Xinlei Wang Shuangliu Wang Yao

(HighwaySurveyandDesignInstituteofAnhuiProvince,Hefei230088,China)

According to basic principles and working methods of the transient surface wave expleration technique, in conjunction with its use in engineering, the paper introduces the exploration technique-transient Rayleigh surface wave method, and the key technical points of this method is also summarized.

transient surface wave, exploration technique, frequency scattering curve, liquefaction analysis, zone of weathering

1009-6825(2017)21-0048-02

2017-05-15

張新磊(1983- )，男，工程師； 王雙六(1968- )，男，高級工程師； 王 耀(1983- )，男，工程師

P624

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