工程物探技术在高速公路工程勘察中的应用

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1、工程物探技术在高速公路工程勘察中的应用山东科技大学交通工程09刘训训200901030915摘　要:工程物探是工程地质勘探中的重要方法。针对具体的勘察目的,选择合理的物探方法可以有效地解决高速公路勘察中复杂的技术难题。介绍了工程物探在高速公路软土地基、岩溶、高边坡滑坡体、隧道、地下管线等工程勘察中的应用效果。工程物探技术在高速公路工程勘察中有良好的应用前景。关键词:工程物探;高速公路;勘察;应用高速公路建设中,软土地基、破坏性岩溶、高边坡、隧道及地下管线等工程地质勘察以往一般都采用坑探、槽探、触探和钻探等手段,不仅所取

2、得的资料具有局限性,不足以扩大分析领域,而且机械笨重、搬运困难,特别在山区因受地形条件的限制,钻探更加难以实施。工程物探是一种间接的勘察手段,是利用物质的物性差异,通过研究天然或人工的地球物理场,达到了解地下介质分布的一种方法。物性的差异包括电性、磁性、电化学性质、弹性及密度等,对应的地球物理场则有电场、磁场、电化学场、弹性波和重力场等。工程物探仪器设备轻便、工作效率高、周期短、效果好,并且采集的信息量大,可以了解和确定大范围的地质条件,既补充了钻探工作的不足,又为高速公路设计及施工提供了较完善的基础资料。根据所观测的

3、参数和测量方法不同,工程物探可分为多种方法,主要有浅层地震法、多道瞬态面波法(以下简称面波法)、多波地震映象法、电法、瞬变电磁法、音频大地电磁法、地质雷达技术和地下管线探测技术等。这些方法已成为工程地质勘探中的重要组成部分,在高速公路勘察中,解决了部分以前用传统的勘察方法无法解决的岩土工程技术难题。1　软土地基勘察在高速公路路基勘察中,软土地层属不良地质体,需进行重点勘察。目前用于软土地基勘察的传统方法是钻探及静力触探等,面波法是一种新兴的工程勘察技术,利用其频散特性和传播速度与岩土物理力学性质的相关性可以进行浅部地层

4、的波速分层[1,2]。与浅层地震反射波法、折射波法及电法相比,虽然面波法检测深度较浅,一般在半个波长内(约50m),但只要各岩土层间具有波速差异,其对浅部软土地层的划分精度较其他方法高,且受场地的条件限制较小。软土地层的特征是面波波速偏低,一般为VR=100～130m/s,较一般粘土(VR=150～250m/s)或砂土(VR=200～280m/s)的波速低30%以上,具有较好的面波法物性条件。结合一定数量的钻孔,通过对面波资料进行综合计算分析,根据面波法实测波速值,可以区分软土或非软土地层,若层与层之间存在较明显的波速

5、差,而且各层厚较大,还可以根据波速变化进行分层,获得较连续的地层剖面。此外,根据面波速度VR,还可以由经验公式fk=k1×VR1.636大致确定地基的承载力。式中fk为承载力,单位为kPa;k1为修正系数,受不同地区岩土力学性质的影响,其值可以结合静力触探或动力触探等原位测试方法来确定。与传统的勘察方法相比,面波法在功能上能对软土地基分层、间接地反映地基土的特征参数,而且在操作上简便易行、快速、经济,可大面积连续采集数据,与传统的检测方法结合进行地基勘察,可以较大地提高勘察资料的解释精度[3]。2　破坏性岩溶勘察近年来

6、应用于岩溶地区工程物探的主要方法有多波地震映象法、面波法、电法和地质雷达技术等。某岩溶地区高速公路路基在设计阶段仅开展一些常规的工程物探,效果不好,在施工过程中,部分建好的路基因岩溶发育出现塌陷现象。为避免出现类似问题,对全部可能存在岩溶病害的路段综合应用上述方法进行了详查,探测岩溶洞(裂隙),划分岩溶发育带的分布、走向,取得了较好的地质效果。该区完整灰岩、白云岩与岩溶裂隙发育体之间,填筑土中密实土体与塌陷松散土体之间,视电阻率、弹性力学特征等物性存在较大差异,为采用工程物探提供了较好的前提条件。塌陷区及岩溶异常物性特

7、征如下:周围密实填筑土体相对于塌陷土体来说,弹性力学强度高,具有较高的纵、横波速度,纵波速度在700～800m/s间,横波速度在250～280m/s间,而塌陷土体纵波速度小于450m/s,横波速度小于180m/s,据此可以判断塌陷影响土体。灰岩、白云岩电阻率通常比较高,一般在1000～10000..·m之间,最高可达20000..·m。泥灰岩电阻率相对较低,但一般也大于600..·m。随着岩石节理裂隙发育程度、破碎程度、岩溶发育程度的增强和填充物含量的增加,电阻率呈急剧下降趋势,可降至100..·m以下[4]。根据以上

8、病害异常物性特征,现场采用了综合工程物探手段进行勘察。使用高密度多波地震映像及面波法查明密实填筑土体中塌陷松散土体;在探地雷达剖面上则表现出在塌陷松散体和原状粘土之间存在较明显的两条反射波界面,且塌陷松散土体中的反射凌乱无序,而原状粘土体的反射较有成层性,据此可以较好地划分塌陷松散土体、影响土体和正常土体。利用常规电测深和高密度电