綜合勘察技術在巖土工程勘察中的應用分析

邱 龍， 朱登峰， 王換成

(1.杭州蕭山城市建設投資集團有限公司，浙江 杭州 311200； 2.浙江明燧科技有限公司，浙江 杭州 310000； 3.浙江科技學院，浙江 杭州 310023)

0 引 言

綜合勘察技術是目前巖土勘察技術中較為先進的技術，與傳統的工程勘察技術相比較具有更強的適應地形地質情況變化的能力以及較高的精度。地質勘察工作以更加準確地描述或反映勘察位置巖土分布情況為目的，為準確地進行設計提供了有力的保障。綜合勘察技術以施工區域地質地貌特點為依據選擇合適的勘察方法，并采用科學的方法簡化勘察方法，具有先進性、準確性、真實性、適應能力強的特點，對于保證設計工作的準確性具有重要的意義。因此，需要采用全面科學的管理方法，最大限度地利用綜合勘察技術的特點，保證巖土勘察工程的順利進行。

1 綜合勘察技術的重要性

巖土工程勘察是指結合建設工程的規定要求，查明、分析以及評價建設場地的地質、環境特征和巖土工程條件，并編制勘察文件的活動。巖土工程勘察工作是進行設計和施工必要條件和基礎[1]。對于地質條件非常復雜的工程，單一的勘察手段會對勘察成果的準確性帶來偏差，嚴重影響工程后續施工的質量和安全，甚至造成工程安全事故的出現[2]。為了確?，F場的勘察結果以及施工質量，就要對技術進行創新和完善，根據具體的地質環境特點綜合采用多種勘察方法來進行勘察工作，即綜合勘察技術。

綜合勘察技術是在傳統單一勘察技術的基礎上延伸而成的功能性齊全的巖土工程勘察技術，具有適用范圍比較廣泛、精確度較高等優勢，使得巖土工程勘察工作的效率和質量得到很大的提升。綜合勘察技術是在橫波反射勘察技術、高密度電阻率技術以及大地電場巖性檢測等技術基礎上實現的融合性技術，綜合了每種技術的應用優點，以及特有的工作原理和適用優勢，同時簡化和優化了操作流程，甚至在具體的操作中只要一名技術人員就可以完成。另外，這些技術手段在使用期間都不會產生廢棄物和噪聲，具有良好的環保功能。應用綜合勘察技術的意義重大，可以提高工作的效率、準確度和施工質量，保證建設企業的經濟效益，促進勘察企業的穩定發展。

2 工程實例分析

本次選擇一個巖溶地段進行地質勘察分析，工程所在位置海拔高程為1 225～1 267 m，平均相對高差為42 m。該地區屬于巖溶侵蝕低山區斜坡帶斷面，地形坡度呈5%～15%坡度變化，巖溶發展向南北延展，呈現南低北高的地貌地形形態。本次選取巖溶地質能夠更直觀介紹勘察過程中需要達到的勘察目的和勘察內容。

2.1 勘察目的及任務

該工程所處的地貌為河谷山嶺，河床寬度為200 m，綜合考慮地質條件、氣象水文資料、河道的通行情況和防洪要求，為準確地判斷和設計提供可靠的巖土勘察數據文件，以減小該地區巖溶地質對橋梁建設的影響。

2.2 綜合勘察技術應用

2.2.1 地質工程調查

巖溶屬于不良的地質狀況，因此勘察工作需要更加精準詳細。除一般現場勘察外，通常為了更好地了解地層巖性，還需要搜集以下情況的勘察資料：

(1) 地貌特征：包括現場實地的地貌組合方式、巖層的走向、水流分布狀況等由基本表層可以直觀反映出的特點。對于巖溶路段泉水特點、暗河的位置也需要進行明確，需要根據巖溶的發育狀況，以及巖溶覆蓋層厚度、結構造型、空間大小勘察出河流的位置和走向，同時根據巖層的發育作用規律、水文地質情況、節理發育程度等地貌特征單元，反映出不良地質的產生和地貌巖層之間相關聯性。

(2) 地質巖層特性：采用特殊的地質勘察方法確定巖層的分布層狀、可溶性巖石的礦物成分含量、溶巖的埋置深度和溶巖厚度等巖層基本特征，以及巖層接觸關系、分布規律特點、分布范圍等特征，對于設計安全性具有重要意義。巖溶地質通常是以碳酸鹽作為主要的組成結構。

(3) 地質構造形態：應著重查明巖溶地區的地質構造類型，比如節理發育、地層裙皺、地質斷層等。地質構造的性質、產狀及位置等性質特征也能夠反映出地下水的運動規律及相關聯系。另外，根據地質構造分析巖溶發育規律，不同地質構造和巖溶發育程度及部位特征具有一定的差異性，由此可以區劃巖溶發育地帶。

(4) 巖穴特點及分布：對于巖洞、地下暗河，應查明地下空間的大小，洞穴暗河之間的交織分布狀況、連通形式、平面走向等。地下水位高程、流速大小、水量大小、徑流方向、排泄途徑等都是地質勘察需要調查明確的情況，洞內堆積物的結構特征、組成成分、物理化學性質等也都是地質勘察的重要內容[3]。

(5) 水文地質資料：對于巖溶地區的巖溶泉、溶井、湖泊和池塘分布、地下暗河位置等，勘察階段要查清所處的地層層位、巖溶水位的位置、季節運動狀態、流量大小、流速大小、與地面水體的連通條件等相關內容。常采用連通試驗來查明地下暗河之間的水力關系，通過巖性組成和水的成分檢驗查明溶洞及地下腐蝕類型，即物理化學性質。

(6) 巖溶地區覆蓋層：采用合適的方法查明覆蓋層的厚度、狀態性質、節理裂隙發育狀況、結構特征，構造巖性特征、物理力學性質以及與構造的相互關系。巖溶地區覆蓋層厚度對于地面穩定性有著重要作用，一般情況下巖溶部位越深，上部覆蓋層越厚，地表面塌陷可能性越小。

2.2.2 鉆探勘察

鉆探勘察是最常用、精確度高的勘察方法對于查明巖溶發育強度、發育規律及巖體的發育特點具有重要作用，可明確地下巖土體分層、巖溶的分布范圍、充填物特點。通過鉆探勘察可開展各種地球物理勘探工作，可用于核對和檢驗電磁波透視的地層結構和地下水的分布狀態。鉆探勘察需要選擇具有代表性的位置，鉆孔布置原則主要包括以下幾點：

(1) 鉆孔分為控制性鉆孔、一般性鉆孔，以控制性鉆孔為主，一般工程中控制性鉆孔數量約占工程地質鉆孔總量的一半。

(2) 結合地下物探的方法和水文地質試驗要求，選擇合適的勘探方法，對鉆孔的勘探深度、布置形式、護壁防護方法都有好處。

(3) 盡量綜合利用每一個鉆孔，有利于更加準確地進行地質測繪和物探工作。

(4) 橋基鉆孔勘察一般在巖溶地區需要進行2次或多次，有利于更加準確地描述地層及巖溶狀況。

(5) 對塌陷較為嚴重和密集的地段，勘探剖面需要沿著塌陷的擴展方向布置，為提高可控制程度需增加若干橫向短剖面。

(6) 巖溶區的鉆探勘察，為了更好地了解巖性、地質土體的分布，以及水化學性質和空間變化規律，應加密鉆孔，增加勘探位置。

2.2.3 遙感勘探技術

科學研究領域已經大量地采用遙感技術進行勘探作業，不僅提高了勘探效率，而且增加了對地形地貌的直觀把握，準確性更高。遙感勘探技術利用遙感器從空中來探測地面物體的裝置，其原理是利用波譜在不同物體上的響應不同，有效地識別地面上不同地物類型。作為一門利用空間變化進行探測的技術，其在地質調查中得到快速發展。

遙感圖像是利用大部分出露于地表的淺灰、灰色色調的獨特形態辨認出來地表事物。我國地域分布南方呈現濕熱氣候，多雨高溫有利于巖溶發育，衛星圖片和航拍片具有密集點狀和深色調的形態特征。遙感圖像中巖溶地表形態可表現為：

(1) 炎熱叢林分布：叢林茂密連成一片，在遙感圖像上呈現花生殼狀紋或麻點狀紋，航拍片上則呈現瘤狀或斑狀圖像。處于巖溶地區的叢林，山峰由于距離原因無法連成片，使得遙感圖像上呈現花紋狀或不均勻麻點狀，航片圖像出現錐狀、塔狀、饅頭狀。

(2) 山體巖石分布：巖溶地表植物稀少，呈平行形成白色粗而且短的樹枝狀影紋。

(3) 山石遙感分布：巖溶山體巖石受侵燭、沿垂直節理、裂隙溶燭的影響，在航片上顯示為深灰色麻斑狀圖像。

3 巖土工程中綜合勘察技術的應用分析

3.1 大地電磁場巖體性質檢測技術

借助電場對巖性進行檢測被稱為大地電場巖性檢測技術。其通過太陽發射的較強的電磁波，依靠接收地下反射的電磁波來實現大地檢測，得到各種勘察地質信息數據。這種檢測技術的設備體積較小、重量較輕，具有便于攜帶的優點。此檢測方法的技術圖如圖1所示，這種檢測方法在使用過程中一般不造成環境和地質的破壞，同時也不產生廢棄物，而且具有較高的準確率，其所用的設備儀器場源的穩定性也較高，接收低頻天然電磁波不會對地下管道造成影響。

3.2 高密度電阻率技術

基于不同的巖土工程的介質之間有著較大差異的情況，假定認為讓電流進入地層中增加一個電場，在電流進入地下后，需要勘察人員對電流的變化及其分布狀況進行分析，從而有效地對巖土的特性進行分析判斷。高密度電阻率技術工作原理流程圖如圖2所示[4]。該技術在應用的時候，借助供電電極將直流電傳送到地下，建立對應的觀測區域電場，僅僅通過變化供電裝置的排列順序、位置就可以實現勘察不同區域的巖土結構，通過該方法使電流輸送方向和大小進行發生不同的變化。及時地記錄電流的輸送引起的電場的變化狀況，依據地面電阻率的變化得出巖土介質的導電性能斷定其性質與特征。

圖2 高密度電阻率技術工作原理流程圖

3.3 工程測繪技術

3.3.1 巖土工程勘察方式

巖土工程勘察技術是綜合勘察技術的重要組成部分，通過基礎的地質測繪方式進行地形地貌的勘察，在地質工程中具有重要作用。地質測繪是巖土勘察中重要的技術方法，對于實現精準判斷巖土性質具有重大的意義和作用。利用地質測繪方法，對地區區域環境、地形地貌的潛在情況進行勘察，確定影響建設的因素，并結合現場實際情況對地貌和地形進行描述后采用合適的比例尺反映在工程設計的圖紙上，為建設工程的精確設計提供保障，為保證工程設計安全提供最有力的技術支持，對于提高設計的安全可靠性和設計壽命具有重要作用。

3.3.2 利用反射方法進行勘察

利用地震波的橫波在不同介質中的反應譜不同進行地質識別，這是一種地質組成的判斷技術，通過實踐證明結合地震波的震動特性，計算出波速在不同介質中的傳播特性值，通過綜合勘察技術的運用，可以準確判斷勘探地質的巖性和結構狀態，根據巖層傳播特性還能夠分析巖層結構狀態。橫波監測技術具有很好的抗凹陷能力，在垂直方向對橫波具有放大作用，從而能夠增加勘測數據的準確性。

4 巖土勘察關鍵問題

4.1 綜合勘察技術在巖土工程勘察中面臨的問題

巖土工程勘探工作的工序內容較多，過程比較復雜，需要保證每個勘探細節都能夠較為精準的反映，盡可能降低工程建設過程中出現困境的概率。因此，勘察技術的管理要提高相關人員的素質、完善相關的技術手段等要求就顯得尤為重要[5，6]。

4.2 現階段在工程建設中巖土工程勘察實施的主要內容

4.2.1 巖土承載力及穩定性的計算

巖層結構會隨著地殼運動發生結構性改變和穩定性差異，最終導致局部巖土受力不平衡。該現象會增加穩定性計算的難度。當巖土受力不平衡程度較大時，且該狀態超出自身承受范圍，就會導致安全隱患的存在，會對施工造成較大的影響。在進行巖土層的地質信息收集時，依靠傳統技術進行信息收集，總結出的結論會隨著時間的推移變得不準確。因此在進行地層勘察時，應提高數據的時效性、計算的準確度,保證后續工作的質量。通過先進的技術對數據的時效性進行處理，較大程度地提高信息的準確性[7，8]。

4.2.2 勘察技術的選擇

在勘察時常發現，局部地區的地質活動較為頻繁，導致單一的勘察技術無法滿足實際工程要求。綜合勘察技術的出現就是為了解決勘察中遇到的復雜多變的問題，減少工程勘察帶來的缺陷。根據所選勘察區域的地理特點，采用先進恰當的科學技術進行巖土勘察作業，才能夠更好地完成勘察工作。因此在進行實際勘察過程中應根據實際情況進行分析，選擇合理的勘察技術。合理的勘察技術是工作質量的保證，因此在實施前應對工作人員進行專業技術的培訓，提高工作技能，保證勘察工作的進展和工作效率。

5 結 論

本文通過對綜合勘察技術在巖土工程勘察中的應用進行分析，總結得出以下結論：

(1) 通過綜合技術的勘察分析研究，無論選擇什么樣的勘察技術和方法，都需要分析清楚巖層的構造及水系發育情況，針對具體地質地貌形態做具體的分析，可以使得勘察技術結果達到設計需要的深度，從而更好地服務于企業的建設，使得工程建設達到利益最大化。

(2) 采用巖溶地質情況實際工程案例，對綜合勘察技術中經常采用大地電場巖性檢測技術、高密度電阻率技術、工程測繪技術進行了分析介紹，明確了每一種勘察技術的適用條件和特點，以便更好地利用各自特點進行綜合勘察技術的選用，不僅能夠節約勘察成本，還能夠提升工程勘察精度。加強設計和巖土勘察之間的溝通聯系，有助于勘探過程中信息收集的全面性、完整性，從而保證設計過程中所有地勘數據完整，避免出現由于勘探資料不全引起的設計缺陷。

(3) 就現階段我國面臨的勘測難題和地球物理條件限制條件進行分析，明確選擇適合對應地質條件的勘探方法具有重要的意義和作用，使得綜合勘探技術在巖土工程中的應用更加符合客觀事實的要求。