瞬态面波勘探技术在高速公路勘察中的应用

张新磊 王双六 王 耀

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

瞬态面波勘探技术在高速公路勘察中的应用

张新磊 王双六 王 耀

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

依据瞬态面波勘探技术的基本原理及工作方法，通过工程实例介绍了瞬态瑞利面波勘探技术，对测试技术进行了总结，并在总结的过程中提出一些建议和方法。

瞬态面波,勘探技术，频散曲线，液化判别，风化带

0 引言

为确保勘察质量，缩短勘察周期，降低勘察成本，满足工程建设对勘察的高水平、高质量、高效率的要求，适应公路基本建设发展形势的需要，我们在安徽高速公路的勘察中广泛采用了综合工程物探技术，瞬态面波勘探技术应用于以下几个方面：工程地质勘察、基岩完整性评价、采空区勘探、地基加固效果评价、岩土的物理力学参数原位测试、饱和砂土层的液化判别、场地土类型和场地类别划分、滑坡调查。

1 基本原理及工作方法

1.1 基本原理

面波是一种特殊的地震波。弹性波理论分析表明，在层状介质中，瑞利波是由S波与P波干涉而形成，其能量主要集中在介质表面附近，能量的衰减与r1/2成正比(r为传播距离)，比体波(P波和S波)衰减慢得多。

1.2 数据采集

数据采集使用SE2404EP型综合工程探测仪，4 Hz检波器，采集参数：12～24道接收、采样率0.5 ms、采样长度1 024点、道间距1 m、偏移距3 m～12 m、等道距直线排列观测系统、20磅大锤敲击震源。

1.3 数据处理

数据处理采用专用瞬态面波数据处理软件进行，人工计算层速度时可以用下列公式计算：

1)当地层的平均速度随深度增加而增大时，应用式(1)计算层速度。

(1)

2)当地层的平均速度随深度增加而减小时，应用式(2)计算层速度。

(2)

2 工程实例

2.1 划分风化带

铜汤高速公路第七合同段崇觉村大桥为桩基础，持力层为弱风化花岗闪长岩，经施工揭露桩基持力层弱风化花岗闪长岩界限变化很大，桩长难以确定，施工难度大，速度缓慢。为统一调整各桥桩长、加快施工进度，指挥部致函设计院，建议采用物探方法、辅以少数钻孔逐桩查明该桥弱风化花岗闪长岩界限。

图1是该桥某钻孔桩位的面波勘探频散曲线图，频散曲线光滑连续、无“拐点”，与花岗闪长岩风化带连续过渡、无波速突变界面的特征吻合。解译结果见表1。

表1 面波勘探与钻探结果对比

2.2 地基灌浆处理效果检测

铜汤高速公路03合同段，公路里程桩号K94+745～K94+805段分布有小煤窑采空区，煤层厚度1.0 m～2.5 m，平均厚为2.0 m，呈“鸡窝状”分布，采深12.0 m～14.0 m，覆岩为第四系冲、洪积土层和二叠系龙潭组粉砂岩、泥质粉砂岩，柱式、巷道式开采，顶板全陷式垮落法管理，采空区大部分已塌陷。煤矿采空区为不稳定区，采用注浆方案进行了治理。

我们采用了面波勘探方法对该煤矿采空区注浆治理效果进行质量检测工作。采用面波勘探方法测定受注层弹性波速横波值的大小，确定受注层岩石的密实程度，评价工程质量。检测时施工单位已将注浆治理区路基范围内设计路基标高平均下挖1.50 m～2.0 m，并用压路机将开挖路基部分碾压平整。采空区埋深8 m～10 m。

根据相关规范(《公路下(上)采空区勘察、设计与施工技术规范》(报批稿)2002年，交通部)，采空区注浆效果质量检测要求，其经验值见表2。

表2 工程质量检测经验值

图2是某检测点的面波勘探频散曲线图，频散曲线波速分层特征显著，5 m左右深度频散点分布散乱，局部存在未被注浆充填的空隙。解译结果见表3。

表3 面波检测解译结果表

2.3 液化判别

汜县至宿州高速公路某段普遍存在亚砂土、亚粘土、饱水粉细砂土等可液化地基土,须进行液化势判别。我们应用瞬态面波勘探获得剪切波速vs,用剪切波速法进行液化势判别。先求出场地土液化时的临界剪切波速vscr，而后与实测剪切波速vs比较，判定场地土液化的可能性。若vscr≥vs，则可能液化；若vs≥vscr，则不会液化。临界剪切波速vscr用式(3)计算：

(3)

图3是与某钻孔同一位置的面波勘探频散曲线图，解译结果见表4。

表4 解译结果表

3 结语

1)瞬态面波勘探技术具有推广、应用价值。特别针对公路工程的特点，对于地下洞穴，水域、交通不便、地形复杂地区的工程勘察，更具有极大的优势。

2)瞬态面波勘探技术成功应用的前提是获得理想的原始数据，针对不同的勘察目标与地质条件选取合适的采集参数，需在采集现场进行试验。勘探深度大于20 m时宜采用比敲击震源频率更低的落重震源。

3)频散曲线上纵坐标在物理意义上是波长，其与勘探深度的对应关系较复杂，我们在实际工作中一般是与已知钻孔资料对比，做深度校正。

4)物探必须与常规的工程地质勘察手段相结合。

[1] JGJ/T 143—2004,J 370—2004,多道瞬态面波勘察技术规程[S].

[2] GB 50021—2001,岩土工程勘察规范[S].

[3] 肖柏勋，李长征.瑞雷面波勘探技术研究述评[J].工程地球物理学报，2004，1(1)：38-44.

[4] 祝龙根，刘利民，耿乃兴.地基基础测试新技术[M].北京：机械工业出版社，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

张新磊(1983- )，男，工程师； 王双六(1968- )，男，高级工程师； 王 耀(1983- )，男，工程师

P624

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