工程物探技術(shù)在高速公路工程勘察中的應(yīng)用

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1、工程物探技術(shù)在高速公路工程勘察中的應(yīng)用山東科技大學(xué)交通工程09劉訓(xùn)訓(xùn)200901030915摘　要:工程物探是工程地質(zhì)勘探中的重要方法。針對具體的勘察目的,選擇合理的物探方法可以有效地解決高速公路勘察中復(fù)雜的技術(shù)難題。介紹了工程物探在高速公路軟土地基、巖溶、高邊坡滑坡體、隧道、地下管線等工程勘察中的應(yīng)用效果。工程物探技術(shù)在高速公路工程勘察中有良好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:工程物探;高速公路;勘察;應(yīng)用高速公路建設(shè)中,軟土地基、破壞性巖溶、高邊坡、隧道及地下管線等工程地質(zhì)勘察以往一般都采用坑探、槽探、觸探和鉆探等手段,不僅所取

2、得的資料具有局限性,不足以擴大分析領(lǐng)域,而且機械笨重、搬運困難,特別在山區(qū)因受地形條件的限制,鉆探更加難以實施。工程物探是一種間接的勘察手段,是利用物質(zhì)的物性差異,通過研究天然或人工的地球物理場,達到了解地下介質(zhì)分布的一種方法。物性的差異包括電性、磁性、電化學(xué)性質(zhì)、彈性及密度等,對應(yīng)的地球物理場則有電場、磁場、電化學(xué)場、彈性波和重力場等。工程物探儀器設(shè)備輕便、工作效率高、周期短、效果好,并且采集的信息量大,可以了解和確定大范圍的地質(zhì)條件,既補充了鉆探工作的不足,又為高速公路設(shè)計及施工提供了較完善的基礎(chǔ)資料。根據(jù)所觀測的

3、參數(shù)和測量方法不同,工程物探可分為多種方法,主要有淺層地震法、多道瞬態(tài)面波法(以下簡稱面波法)、多波地震映象法、電法、瞬變電磁法、音頻大地電磁法、地質(zhì)雷達技術(shù)和地下管線探測技術(shù)等。這些方法已成為工程地質(zhì)勘探中的重要組成部分,在高速公路勘察中,解決了部分以前用傳統(tǒng)的勘察方法無法解決的巖土工程技術(shù)難題。1　軟土地基勘察在高速公路路基勘察中,軟土地層屬不良地質(zhì)體,需進行重點勘察。目前用于軟土地基勘察的傳統(tǒng)方法是鉆探及靜力觸探等,面波法是一種新興的工程勘察技術(shù),利用其頻散特性和傳播速度與巖土物理力學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性可以進行淺部地層

4、的波速分層[1,2]。與淺層地震反射波法、折射波法及電法相比,雖然面波法檢測深度較淺,一般在半個波長內(nèi)(約50m),但只要各巖土層間具有波速差異,其對淺部軟土地層的劃分精度較其他方法高,且受場地的條件限制較小。軟土地層的特征是面波波速偏低,一般為VR=100～130m/s,較一般粘土(VR=150～250m/s)或砂土(VR=200～280m/s)的波速低30%以上,具有較好的面波法物性條件。結(jié)合一定數(shù)量的鉆孔,通過對面波資料進行綜合計算分析,根據(jù)面波法實測波速值,可以區(qū)分軟土或非軟土地層,若層與層之間存在較明顯的波速

5、差,而且各層厚較大,還可以根據(jù)波速變化進行分層,獲得較連續(xù)的地層剖面。此外,根據(jù)面波速度VR,還可以由經(jīng)驗公式fk=k1×VR1.636大致確定地基的承載力。式中fk為承載力,單位為kPa;k1為修正系數(shù),受不同地區(qū)巖土力學(xué)性質(zhì)的影響,其值可以結(jié)合靜力觸探或動力觸探等原位測試方法來確定。與傳統(tǒng)的勘察方法相比,面波法在功能上能對軟土地基分層、間接地反映地基土的特征參數(shù),而且在操作上簡便易行、快速、經(jīng)濟,可大面積連續(xù)采集數(shù)據(jù),與傳統(tǒng)的檢測方法結(jié)合進行地基勘察,可以較大地提高勘察資料的解釋精度[3]。2　破壞性巖溶勘察近年來

6、應(yīng)用于巖溶地區(qū)工程物探的主要方法有多波地震映象法、面波法、電法和地質(zhì)雷達技術(shù)等。某巖溶地區(qū)高速公路路基在設(shè)計階段僅開展一些常規(guī)的工程物探,效果不好,在施工過程中,部分建好的路基因巖溶發(fā)育出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象。為避免出現(xiàn)類似問題,對全部可能存在巖溶病害的路段綜合應(yīng)用上述方法進行了詳查,探測巖溶洞(裂隙),劃分巖溶發(fā)育帶的分布、走向,取得了較好的地質(zhì)效果。該區(qū)完整灰?guī)r、白云巖與巖溶裂隙發(fā)育體之間,填筑土中密實土體與塌陷松散土體之間,視電阻率、彈性力學(xué)特征等物性存在較大差異,為采用工程物探提供了較好的前提條件。塌陷區(qū)及巖溶異常物性特

7、征如下:周圍密實填筑土體相對于塌陷土體來說,彈性力學(xué)強度高,具有較高的縱、橫波速度,縱波速度在700～800m/s間,橫波速度在250～280m/s間,而塌陷土體縱波速度小于450m/s,橫波速度小于180m/s,據(jù)此可以判斷塌陷影響土體。灰?guī)r、白云巖電阻率通常比較高,一般在1000～10000..·m之間,最高可達20000..·m。泥灰?guī)r電阻率相對較低,但一般也大于600..·m。隨著巖石節(jié)理裂隙發(fā)育程度、破碎程度、巖溶發(fā)育程度的增強和填充物含量的增加,電阻率呈急劇下降趨勢,可降至100..·m以下[4]。根據(jù)以上

8、病害異常物性特征,現(xiàn)場采用了綜合工程物探手段進行勘察。使用高密度多波地震映像及面波法查明密實填筑土體中塌陷松散土體;在探地雷達剖面上則表現(xiàn)出在塌陷松散體和原狀粘土之間存在較明顯的兩條反射波界面,且塌陷松散土體中的反射凌亂無序,而原狀粘土體的反射較有成層性,據(jù)此可以較好地劃分塌陷松散土體、影響土體和正常土體。利用常規(guī)電測深和高密度電