不同物探方法在桩底岩溶探测中的应用效果对比

张开伟　牛　禾　吴元平

(河北建设勘察研究院有限公司，河北 石家庄　050031)



不同物探方法在桩底岩溶探测中的应用效果对比

张开伟牛禾吴元平

(河北建设勘察研究院有限公司，河北 石家庄050031)

应用地质雷达、浅层地震反射波法两种物探方法，对岩溶地区单个基桩桩底基岩发育情况进行探测，通过分析两种勘探资料的解释成果，总结了两种方法在基桩桩底灰岩探测中的差异性和适用性。

地质雷达，浅层地震反射波，桩底探测，岩溶

0　引言

在喀斯特地貌灰岩区域进行地基处理，在施工处理之前都会进行过详细的工程勘察，即使勘察工作做得很细，但到了真正施工落实到每根基桩上的时候，前期的勘察资料就显得捉襟见肘。在桩基施工过程中，对于能否保证每根基桩的桩端嵌入具有一定承载力厚度的稳定灰岩之中，基桩桩底下部是否存在不稳定地质体就变得很重要。地质雷达和浅层地震反射波法这两种物探方法业内都有同行使用，作者通过使用这两种方法来了解桩底下部设计桩径要求嵌入深度范围内围岩岩体的溶蚀和稳定情况，判定能否达到基桩成孔设计质量要求。

1　岩溶地区的地电物性异常特征分析

工作区位于广西靖西地区，属于典型的喀斯特岩溶发育地貌地区，基桩桩底持力层主要为中风化及微风化灰岩。该区域灰岩存在不同程度的节理裂隙发育,尤其受到地下水的侵蚀作用,沿节理裂隙面围岩都有溶蚀现象,个别区域形成溶蚀破碎带、溶洞等不良地质体,这些不良地质体多被岩石碎块或粘土充填。这些填充介质与较完整灰岩比较其介电常数就存在较大差异，从表1中我们可以看出不同介质之间的介电常数差异性不同,这种不同就给地质雷达提供了探测条件。

表1　相关介质地球物理物性参数

灰岩地区围岩完整性判定从地震波理论来说，分为如下两种情况：

1)如果基桩桩底灰岩较为完整或破碎程度较低，浅层地震反射波由于受到基岩衰减作用基本不存在反射信号，其激震入射波只经历自然衰减，表现为入射波呈指数衰减状态。

2)如果基桩桩底围岩内部出现裂隙、溶蚀破碎带及溶洞等异常，其浅层地震反射波就会出现多次反射且接收频率也会发生变化，入射波衰减方式不遵从指数衰减。具体情况总结又有以下三种类型：

a.当基桩桩底围岩内部存在未充填介质的空洞，浅层地震激震的入射波几乎会被全部反射回来，主要表现为一组一组的同相反射波束，且反射波之间时间间距一致。

b.当基桩桩底围岩内部存在充填介质的溶蚀破碎区域时，其异常的反射信号与浅层地震激震的入射波具有同相特征。由于破碎区域充填介质的密度和地震波传播速度比完整灰岩区域密度和传播速度低很多，浅层地震激震的入射波的高频成分，波谱能量被充填介质急剧吸收并减弱，反射波多表现为反射频率降低、振幅能量减弱。

c.当基桩桩底围岩内部不存在溶洞及溶蚀破碎带时，仅仅只有岩溶裂隙发育，由于节理裂隙面并不能严格分层，节理裂隙引起的反射波与绕射波相互重叠形成一组排列复杂的反射波，这种反射波谱存在多次震荡。

2　仪器选择和方法布置

地质雷达采用拉脱维亚系统公司生产的Zond12-E型地质雷达系统，工作天线主频为500 MHz。桩底地质雷达探测测线布置方式主要采取以下两种方式：在施工到设计标高的基桩底部将收发一体的地质雷达天线贴紧地面布置于基桩桩底，基桩桩底要求平整且无其他杂物,测线布设方式采用环形测线和十字测线交叉布设,测试方法采用剖面法进行采样测试，具体布设方式如图1所示。

地震反射波法选用武汉岩海公司生产的RS-W(P)型基桩动测仪,标称工作频率400 MHz(内部)，外部总线频率100 MHz/133 MHz。

其采样间隔5 μs～32 767 μs连续可调，采样长度1 K～8 K可调。浅层地震发射波法采用中心激发四周接收和中心激发单侧接收两种方式进行布置，具体布设方式如图2所示。

3　探测实例对比分析

广西某铝厂自备电厂桩基工程采用人工挖孔嵌岩灌注桩,桩端持力层为中风化灰岩且嵌入深度达到设计要求。检测方法采用地质雷达和浅层地震反射波法对同一孔底岩溶探测。检测桩孔号分别为：114，398，253。探测结果分析如下：

114号桩，桩身直径为1.5 m，嵌岩深度为1.5 m。通过两种探测数据分析可知：基桩桩底典型地质雷达波列图像显示，地质雷达反射波同相轴连续、雷达波反射波形一致，波长短促间距相同,雷达反射波振幅相似、平均谱单一，雷达反射波衰减性状较为相似。基桩桩底浅层地震反射波时域曲线形态多为指数衰减形态，振幅衰减一致，频率单一，主频曲线为单一峰值，具体波谱形态如图3，图4所示。推测该基桩桩底以下设计嵌岩深度范围内基岩较为完整,溶蚀破碎发育较弱，围岩介质比较均一。

398号桩，桩身直径为2.0 m，嵌岩深度为2.0 m。通过两种探测数据分析可知：基桩桩底典型地质雷达波列图像显示，由于受到围岩岩面节理裂隙切割影响,反射波界面较多，地质雷达反射波振幅衰减很快波长变长，反射波接收频率降低，围岩内部上下两侧反射波能量差异明显,雷达波同相轴发生错断，平均谱频谱伴随有多个主频峰峰值，雷达反射波衰减性状差异较大。浅层地震反射波法的时域曲线形态大体呈指数状衰减，振幅衰减较快，频谱曲线次峰振幅值降低为首峰振幅值的1/2，并且出现多次谱震荡反射，具体波谱形态如图5，图6所示。通过以上数据异常形态分析推测该基桩桩底以下设计嵌岩深度范围内基岩出现不同程度的节理裂隙发育,节理裂隙发育伴随有岩溶溶蚀现象，围岩介质均一性较差，出现溶蚀破碎发育区。

253号桩，桩身直径为2.0 m，嵌岩深度为2.0 m。通过两种探测数据分析可知：基桩桩底典型地质雷达波列图像显示，雷达反射波异常界面明显，反射波振幅衰减快，波长变长，反射波接收频率较低，反射波能量界面差异明显,雷达波同相轴发生错断移位，平均谱频谱伴随有多个规则波峰，雷达反射波衰减性状差异较大。浅层地震反射波法的时域曲线形态不再遵循指数衰减时域曲线后半部分产生负相畸变，且出现多次谱震荡反射，接收端为多次复杂反射波，具体波谱形态如图7，图8所示。通过以上数据异常形态分析推测该基桩桩底以下设计嵌岩深度范围内基岩出现不同规模的溶洞发育，异常范围内围岩介质力学性质较差，存在不良地质体可能性较大。

4　结语

1)从探测资料结果来看灰岩地区两种物探方法都能比较有效的对桩底基岩发育状况进行探测识别。

2)由于可溶性灰岩的衰减系数较小,地质雷达高频电磁波具有较高的分辨率，探测浅部异常优势明显，并且可以直观定量的标识异常的规模。浅层地震发射波由于受到激震频率的限制其浅层的异常分辨率较低，但其探测深度比地质雷达深，可以定位较深部的异常位置。

[1]郅正华.一种桩底岩溶无损探测方法：中国专利，ZL2010 10539463.7[P].2013-01-09.

[2]刘勇,陈征宙.桩底岩溶的地质雷达探测[J].勘察科学技术，2003(4):173-174.

[3]张宗岭.桩孔基底浅震探测和抗干扰技术分析及应用[J].物探与化探，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

张开伟(1982- )，男，硕士，工程师

P631

A