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岩溶发育区综合物探方法的应用

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岩溶 发育 综合 物探 方法 应用
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598 工程勘察 2010年增刊第1期 岩溶发育区综合物探方法的应用 何平毅,丁 勇 (核工业柳州工程勘察院,广西 柳州 545005) 摘要 :针对某商住小区拟建于喀斯特岩溶盆地中 ,场地岩溶发育。本文介绍了在初步勘察阶段除采用钻探勘察手段外 ,还辅助综合物探方法 ,合理减少了钻探工作量 ,加快了勘察进度 ,从三度空间上弥补了单一钻探方法的不足 ,解决了喀斯特岩溶场地对建筑工程带来的特殊问题 ,为类似场地的岩土工程勘察提供了成功的借鉴经验。 关健词 :岩溶发育场地 ; 综合物探方法 ;建筑物布置调整 0 引言 随着经济的发展,重大工程建设项目也在逐渐增多,对于工程前期基础性地质勘察要求也越来越高,用传统钻探勘察方法已不能满足这类工程的设计要求,而综合工程物探技术可以利用连续加密测点的方法获得连续地质界面资料,因此,能有效地解决传统钻探手段以点带面划分复杂地质界面方法常带来的漏判、划分不准确等缺点,并且能有效地解决传统勘探手段难于解决的诸多岩土工程问题,如地下不明物体、洞穴、滑动面、软弱结构面、断层、破碎带等在地下的分布特征、形态、埋藏深度、位置等。相对传统的钻探方法,综合物探技术的应用受场地、地形条件的限制较少,具有节省时间、费用、勘探精度高等特点。 1 场地地形、地质工程概况及地球物理特征 形、地质工程概况 拟建的广西柳州 “国信 ·凤起新都 ”商住小区总用地面积为 顷。小区建筑群包括 34 栋多层至高层的商住楼、 3 个地下车库、 3 个网球场及 1 个会所。 拟建小区场地地处柳东孤峰—峰林河曲岩溶平原与柳南峰林谷地平原结合部位的岩溶洼地内,其东、南、西三面环山,峰顶高程在 间,其北为柳东岩溶平原。场地四周高,中间低,中间地段标高为 中自西向东发育二条半封闭洼地,汇合于东侧漏斗落水洞区内。落水洞的底部标高在 地四周标高为 场区位于三门江向斜的西南翼,基岩呈向北东倾的单斜构造,东距桂林 —北北东向的三门江断层约 西侧距北东东走向的拉堡断层约 东侧距北西向的柳东断层约 述断裂均为非活动性断裂。 柳州市喀斯特岩溶发育与地层岩性、地质构造、裂隙发育状况等条件有密切关系。场区内地层主要为第四系全新统冲洪积层、人工填筑土、由碳酸盐岩溶蚀作用形成的第四系残积红黏土及下伏石炭系中统黄龙组 (强—微风化白云岩。白云岩岩溶发育特点多为密集的小型洞穴、溶沟、溶隙,因受地质构造和结构的控制,场区的喀斯特岩溶地貌类型齐全,使岩溶具有向深性发育和层叠发育的特征。 该项目工程地质勘察为初步勘察阶段,由于场区处在喀斯特岩溶发育区,工程地质条件较为复杂,无论是钻探井探等其他手段 ,不经济 ,而且往往在工期上也难予接受。因此 ,针对该项目工程的特点,勘察方案拟在综合工程物探基础上采用工程地质钻探、原位测试、室内试验等勘察测试方法,其目的是:首先初步查明该场地范围内地质构造、地层结构、岩土工程特性;查明场地岩溶发育的成因、分布、规模、发展趋势,并对场地的稳定性和适宜性做出评价;再根据地层的实际情况采用传统可靠手段进行针对性验证和详细研究,使建筑物尽可能避开岩溶塌陷易发区,并对建筑物规划总平图提出调整建议。 2010年增刊第1期 工程勘察 599 程地球物理特征 场区内的白云岩纵波波速高,黏土纵波波速较低,岩层和土层存在一定的波阻抗差异,当地层有岩溶(溶洞、溶隙、裂隙等)或土洞、软弱土层等特殊的不良地质体发育时,发育带的地层较破碎或松软,其波速较低。 另外,白云岩的电阻率高,黏土的电阻率较低,当地层有岩溶(溶洞、溶隙、裂隙等)或土洞时及软弱土层等特殊的地质及不良地质体发育时,其通常表现为低的视电阻率值特征,在视电阻率拟断面图上表示为明显的等值线密集区或相对低阻带。 由此可见,覆盖层与下伏基岩、基岩与破碎带及岩溶等不良地质体之间存在较明显的电性差异及地震波速度差异,具备开展电阻率测深及浅层地震勘探等方法的条件。 2 物探工作方法与技术 根据工作目的与现场的工程地球物理条件,本次综合物探采用了浅层地震勘察和高密度电阻率法两类三种方法进行,分别为多波列地震映像法(反射波法)、瑞利波(面波)法和高密度电阻率法等手段进行探测,以查明场区第四系覆盖层厚度,确定出溶洞、裂隙的分布及发育情况。 ( 1)多波列地震映像法(反射波法) :使用 据现场采集得到的连续时间剖面进行综合分析,大致了解测区内地震波同相轴与地层的对应关系以及地层埋深的变化情况,对采集的数据进行处理和分析,再将处理后的各层反射波同相轴经过数据处理成时间速度剖面图。它的主要目的是了解测区范围内的地层分层情况,以利于提高电测深资料的分析与解释。 通过试验,选定最佳工作参数,即采用 382道 38样间隔 录 2048样点,其点距为 移距为 ( 2)瑞利波(面波)法:使用 法是利用瑞利波在介质中传播时的频散特性、传播速度与介质的物理力学性质密切相关的特性,探测不同深度瑞利波波速的变化情况,从而达到对地层进行划分,并根据频散曲线的形态,判断场区的岩溶、裂隙及其它不良地质体的存在。 通过试验,选定最佳工作参数,即采用 3812道 4道间隔 移距分别为 偏移距较大时,一次激发能量不足,采取多次激发叠加以提高信噪比。 ( 3)高密度电阻率法:使用高密度电法仪(由 利用集电剖面法和电测深的观测方法为一体的一种地学层析成像 (称术,是以实行密集采样来提高采样率和 “多次覆盖 ”的方法提高信噪比。主要目的是探明勘察区域的覆盖层厚度,岩溶洞穴发育情况及其它不良地质体等。 根据探测目标体的深度要求,本次工作采用对称四极装置进行,即 40~ 60道电极展开排列,电极间距为 3~ 4m,当剖面较长时,采用剖面叠加方式进行工作,叠加电极数为 30道。 3 资料处理与成果分析 探结果分析 此次勘察,在场区 射波法)剖面 7条;高密度电法剖面7条和地震面波勘探点 20个。经过野外探测数据收集,及室内数据传输和数据反演,最后绘制出各测线物探推断剖面图、面波波速断面图及视电阻率拟断面等值线图、基岩面等高线图和等高线立体图。综合工程物探成果,工作区推断出 14处溶洞、 3处土洞或软弱夹层、 13处岩溶裂隙。 限于篇幅,仅以工程中 2线物探推断成果剖面图举例进行解释: 600 工程勘察 2010年增刊第1期 通过多波列地震映像法, 2线(如图 1所示)共推断 2处溶洞、 2处土洞或软弱夹层, 3处岩溶裂隙。溶洞分位于 洞或软弱夹层分别位于 溶裂隙分别位于 从 2线的视电阻率断面图上看,断面在 左侧出现等值线相对密集特征,右侧出现相对低阻闭合圈,结合多波列地震映像资料,推断该处有岩溶裂隙发育;在 右侧出现相对低阻闭合圈,结合多波列地震映像资料,推断该处为土洞(或软弱夹层)和溶洞共同引起的异常。 图 1 2线物探推断成果剖面图 经 孔深 化较严重, 证成果与综合物探推断结果一致。 从面波波速断面图上看(见图 2所示) ,由浅向深其波速逐渐升高,其中黏土波速低,基岩波速由全—强风化向微风化递增。结合物探验证钻孔资料以及多波列地震映像法资料,对岩土界面行行了划分,整体上分层较明显。 2010年增刊第1期 工程勘察 601 图 2 2线面波波速断面图 采用上述综合物探方法以后,通过对资料进行解释,基本查清了场区第四系覆盖层厚度,确定岩溶、裂隙分布及发育规律。 溶发育特征及规律 场地岩溶地貌为大型岩溶洼地,根据综合物探推断结果,场区东部及东南部岩溶裂隙发育,呈串珠状排列,具有北西向成列、北东向成行的规律,与地表发育的岩溶塌陷、漏斗展布基本一致。此外,上述岩溶塌陷、漏斗均与地下暗河(管道)连通,地下水汇于场区东南角从地下向东向柳江河排泄。 根据钻探结果可知,场地内钻孔遇洞率为 31%,最大线岩溶率达 11%;故场地内岩溶以溶洞、溶沟、溶槽为主,发育极不均匀。岩溶类型为隐蔽型岩溶,溶洞(溶隙)大小不一,垂向长度在 m 之间,溶洞为全充填、半充填或无充填,充填物为可塑—软塑状黏土,局部夹杂有白云岩砾块、细砂,洞体稳定性较好 ,与地下水具有一定的连通性。 4 勘查成果的应用 根据综合工程物探获得的异常特征 (如低阻体的强度、分布范围等 )及钻探验证的结果,在岩溶发育区中划分了岩溶强发育区 1处,中等发育区 2处。最后结合地层、构造、第四系厚度、地形地貌、水文地质及工程地质等因素和条件对规划建设区的场地进行稳定性分区 (如图 3所示 ),整个场区划分为安全稳定性差区、安全稳定性较差区、安全稳定性较好区三类,为小区场地工程建设适宜性分区提供了科学依据。 同时,根据场地的三个分区及其特点,建议对原初步设计的建筑物的平面布局作适当的调整,避开场地内岩溶漏斗、落水洞等岩溶强发育地段,结合总平布置图设置人工湖,以消减水压、气压,湖底部利用现仍能消水的长期观测孔旁的落水洞,设置消减天窗,使有效资源得到充分利用。 602 工程勘察 2010年增刊第1期 图 3 工程建筑场地稳定性分区图 5 结语 浅层地震勘探及高密度电阻率法等综合物探方法,由于具有高密度采集地层数据信息、实现速度快以及经济等优点,确为喀斯特岩溶勘查中行之有效的手段。 通过广西柳州 “国信凤起新都 ”商住小区工程勘察实践表明,对喀斯特岩溶发育区这类特殊场地的重大工程建设项目,在碳酸盐岩地层中岩溶大多被第四系所覆盖,若采用 “多手段、多层次 ”的综合立体式的勘察手段,即在工程勘察中配合使用综合工程物探 ,不仅可以动态地对勘察设计方案进行调整和优化,对下一阶段进行工程地质钻探、原位测试等具有较强的指导意义,避免了工作的盲目性,减少不必要的钻探工作量,更从三度空间上弥补了单一钻探方法的不足 ,妥善解决喀斯特岩溶场地对建筑工程带来的特殊问题。 参 考 文 献 [1] 王振东 ,浅层地质勘探应用技术 ,地质出版社 1994 年 . [2] 刘云祯 ,工程物探综述 ,中国建筑学会工程勘察分会第六届学术交流会论文选集 ,地质出版社 2000 年 . [3] 中华人民共和国国家标准 ,岩土工程勘察规范 (中国建筑工业出版社 2002年 [4] 江玉乐 ,张楠 ,周清强 ,张朝霞 . 高密度电法在岩溶路基勘察中的应用[ M] 2007, 11. 图 例低凹地段漏斗落水洞发育地段广西柳州国信 凤起新都商住小区工程建筑场地稳定性分区图稳定性较好区填土区稳 定 性 较 差 性 较 差 区稳定性差区稳定性较差区稳定性较好区洼地内填土界线
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