張著倫 蔣忠良

（1.云南基礎設施建設投資股份有限公司 650501；2.云南藍達路橋技術咨詢有限公司 650021））

0 引言

西南地區(qū)喀斯特地貌分布廣泛，在該類地貌中地層溶洞較為發(fā)育，溶洞的存在對于樁基施工帶來困難，同時降低樁基承載力，甚至給橋梁的安全運營帶來隱患。目前，許多專家及工程師將物探技術應用于工程中溶洞檢測進行了有益的探索：張志豪等[1]利用高密度電法、地質雷達法等綜合物探法對某巖溶區(qū)工程項目的溶洞分布和發(fā)育情況進行了探測；馬金彪[2]采用綜合超前地質預報手段對巖溶問題突出的滬昆高鐵中朱砂堡隧道進行應用，取得了良好的工程效果；李曉紅等[3]采用物探及部分鉆探結合的方法，對某跨線橋樁基礎區(qū)域地層的溶洞及裂隙發(fā)育情況進行了研究；李俊杰等[4]采用地質雷達、高密度電法相結合的手段對某海堤樁基工程地層中的影伏塊石進行了探測，為軟土地區(qū)樁基施工提供了探測參考；胡讓全等[5]采用跨孔地震CT 法、電阻率法、地震反射波法等6 種物探方法對廣州市白云區(qū)金沙洲地面塌陷區(qū)域的溶洞以及構造破碎帶進行了探測，為巖溶地質災害區(qū)的建筑物安全評估提供了有力參考。

通過以上分析可知，目前研究人員采用多種物探方法對工程中的巖溶問題進行探測，取得了較好的成果。本文主要介紹SSP 路基地震物探法在橋梁樁基底部持力層溶洞檢測中的應用情況，該方法可以在開挖后的施工平臺上進行地層結構檢測，不影響樁基施工，從而確保施工銜接與施工進度，對探明地下溶洞有實際意義。

1 工程概況

探測應用工點為某在建公路K19+575 大橋填樁基地層，該橋為跨越鄉(xiāng)道及高填方路段而設計。該橋孔跨布置為：8×39+8×40 米T 型梁式橋，結構形式為先簡支后連續(xù)，橋梁下部結構為重力式U 型橋臺，橋墩采用雙柱墩，基礎采用鉆孔灌注樁基礎，為嵌巖樁類型。

橋位處于喀斯特地貌區(qū)，巖溶較為發(fā)育，溝床地形自然坡度相對較緩，橋梁中部跨越溝谷，起伏較大，溝谷以耕地、林地為主，林地植被稀疏。上覆紅黏土，厚度一般 0.5～ 5m，分布不均；下伏中風化灰?guī)r，溶洞對橋墩樁基有潛在危害。橋址區(qū)域地質構造總體屬華夏式構造體系，由于受到東西向構造體系和華夏式構造體系的聯(lián)合與干擾而呈弧形彎曲，但區(qū)域構造走向多趨于東西向。

2 SSP 路基地震物探法

工程物探是以地下地質體的物性差異為基礎，通過儀器觀測自然或人工物理場的變化，確定地下地質體的空間分布范圍（大小、形狀、位置等）及測定巖土體的物性參數，達到解決地質問題的一種物理探測方法。

SSP 路基地震物探系統(tǒng)主要由數據集中器、地震檢波器、沖擊源三部分組成，是工程物探法的一種類型，基于地下巖土體的物理性質不同，通過儀器觀測自然或人工物理場的變化情況，據此判斷地下地質體的空間情況。SSP地震散射是在地震反射基礎上發(fā)展起來的新技術，利用地震波在非均勻介質中傳播時遇到波阻抗變化激發(fā)出的散射波，來對差異界面位置及介質的波速進行精細成像。適用于洞穴、塌陷區(qū)、斷層等不良地質區(qū)域地質探測，是路基巖層結構物探，巖溶空洞地層結構探測的有效方式。

SSP 物探法采集速度快、采樣精度高，防水防塵，適合多種工況，特點如下：

（1）不破壞路面，不中斷交通。對于橋梁樁基底溶洞檢測，只需在開挖后的施工平臺上進行地層結構檢測，因其可探明一定深度和一定半徑范圍內的地層結構，對于具有群樁基礎的橋梁樁底溶洞檢測更為有利，可節(jié)省檢測時間，不影響樁基施工進度安排，從而確保施工銜接與施工進度。

（2）分辨率高，探測深度大。該方法因使用沖擊震源，其能量可以疊加，多個檢波器獲得數據豐富，探測范圍更深更寬。

（3）對巖溶、空洞、孤石敏感。

（4）可提供地質界面和巖土波速分布。

3 樁基區(qū)域地層探測及結果分析

3.1 樁基區(qū)域地層探測

以該橋2#橋墩為例，應用SSP 物探法進行樁基溶洞檢測，探測的目的是探測樁底 3 倍樁徑深度內是否有溶腔，2#橋墩（右幅）橫斷如圖1 所示。

圖1.2#橋墩（右幅）橫斷圖

SSP 物探法采集數據現(xiàn)場如圖2 所示。

圖2.SSP 現(xiàn)場探測布置圖

3.2 探測結果圖色說明

探測結果主要由地震偏移圖與地震波速圖組成，但主要以波速圖為主，偏移圖輔助驗證。地震偏移圖像是對反射、散射系數成像，反應地質結構的界面分布。反射/散射系數有正負、強弱之分。紅色表示正，藍色表示負，深紅和深藍表示反射/散射強。紅色界面表示介質的波阻抗增加，藍色表示介質波阻抗下降。地震波速圖則表示地震波的反射傳播速度，一般巖土堅硬，完整性好波速較快，土層及軟巖，風化程度越高的巖層波速較慢。

3.3 樁基地層探測結果分析

樁基設計深度均為19 米，樁徑為 1.9 米，即樁底 3 倍樁徑深度范圍為19-25 米深度。2#橋墩樁基測線地層波速分布圖和地質偏移圖如圖3 所示。

圖3.2#墩地層波速分布圖和地質偏移

根據底層波速分布圖和地質偏移圖結果和現(xiàn)場地質情況知：

（1）右幅 2-1 樁基 22-25 米深度和左幅 2-1 樁基 23-26 米深度處存在溶腔。

（2）左幅 2-0 和右幅 2-0 樁底 3 倍樁徑深度范圍（19-26 米）內未見溶洞。

9#樁探測結果如圖4 所示，通過分析可以得出：波速分布圖中0～10m 為藍色區(qū)，波速在 1000-1460m/s 之間，對應位置為上覆黏土層以及平臺開挖后的碎石土回填層；10m～30m 為綠色至紅色漸變區(qū)，波速由 1460m/s 增到2200m/s，該層為中風化基巖地層；埋深 30m 以下為紅色區(qū)，波速在 2200m/s以上，對應為微風化-未風化層灰?guī)r，波速高且均勻，承載力提高，地層穩(wěn)定。

圖4.9#樁基地層波速與地質偏移圖

SSP 物探法只需在開挖后的施工平臺上進行地層結構檢測，不需要成孔后檢測，因而不影響樁基施工進度安排。通過上述檢測分析，為橋梁樁基施工及采取工程措施提供了依據。

12#樁探測結果如圖5 所示，通過分析可以得出：波速分布圖中0～6m 為藍色區(qū)，波速在 1000-1340m/s 之間，對應位置為上覆黏土層以及平臺開挖后的碎石土回填層；中部層埋深 6～30m 范圍存在低波速異常區(qū)，圖中橢圓圈出的區(qū)域為異常點，異常體為低波速體。上界面波阻抗高變低，藍色界面；下界面波阻抗低變高，兩界面之間為低阻區(qū)，此為異常體的位置，埋深分別為 9-18m、和 23-28m，推斷主要為充填巖溶區(qū)，波速中等，不存在大的巖溶空腔；30m 以下底部波速增高且均勻，承載力提高，地層趨于穩(wěn)定。橋墩樁基深度約 30m，對右幅 9b-0、右幅 9b-1 樁基存在一定影響，建議充填后再進行樁基澆筑。

圖5.12#樁基地層波速與地質偏移圖

4 結論

通過采用SSP 路基地震物探系統(tǒng)技術對該橋橋墩樁基地層進行了探測，通過分析地層的地震反射波速圖以及地質偏移圖的情況，可以準確地探明巖溶在樁底的埋藏深度；且該探測法探測時無須復雜的準備工作，探測過程由設備控制，簡單快捷。綜合來說采用該探測方法有利于指導施工提前做好應對措施，提高樁基施工質量，有效規(guī)避因溶洞產生的樁基質量問題。