許 韜

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，廣東 廣州 510060）

0 引言

巖溶地區(qū)溶洞、暗河、石柱等地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，巖面起伏劇烈，溶洞深度、頂板厚度不一，常用的鉆探方法只能確認(rèn)鉆孔直徑范圍內(nèi)的巖體有無(wú)，卻無(wú)法反映溶洞的大小、形態(tài)及連通性。

為查明地質(zhì)體的空間分布情況，工程中常采用物探結(jié)合鉆探的方法[1]。跨孔彈性波CT 是計(jì)算機(jī)層析成像（computerized tomography，CT）技術(shù)的一種。彈性波根據(jù)波源又可分為地震波和超聲波。地震波信號(hào)能量大，透射距離長(zhǎng)，適用于大型地質(zhì)體的探測(cè)[2]。Gustavasson 等在瑞典北部鐵礦將人工地震CT 應(yīng)用于礦產(chǎn)探測(cè)，廣東省地質(zhì)物探工程勘察院于1994年開(kāi)始采用跨孔地震CT 層析成像方法開(kāi)展巖溶勘察[3]，李容[4]指出跨孔CT 在巖溶區(qū)橋梁勘察中有較好的應(yīng)用前景，熊鋒[5]使用跨孔CT 技術(shù)在長(zhǎng)江和海域巖溶勘察中，都取得了良好的適用性。

橋梁樁基一般具有單樁承載力高、直徑大等特點(diǎn)，常采用嵌巖樁。在巖溶發(fā)育區(qū)需充分摸清地質(zhì)情況，確保持力層完整、穩(wěn)定。對(duì)于大直徑灌注樁，即使一樁兩鉆，也存在較大概率未發(fā)現(xiàn)樁身及承載力影響區(qū)內(nèi)的溶洞[6]，且鉆孔的深度不好把握。工程中為了確保穿過(guò)溶蝕發(fā)育區(qū)，鉆孔深度常遠(yuǎn)超規(guī)范要求。本文通過(guò)分析廣州某大橋跨孔彈性波CT 探測(cè)和鉆探的結(jié)果，探討了通過(guò)CT 指導(dǎo)鉆探的可行性。

1 工程概況

項(xiàng)目位于廣州市白云區(qū)，場(chǎng)區(qū)巖溶發(fā)育。現(xiàn)采用跨孔彈性波CT 法對(duì)橋址范圍進(jìn)行勘察，以查明巖溶發(fā)育情況和空間分布。大橋在河道南北兩側(cè)各設(shè)一個(gè)主墩，呈梅花型布樁。每墩總樁數(shù)均為26 根，樁徑2.4 m，采用沖孔灌注法施工。

根據(jù)地質(zhì)鉆探提供資料，工區(qū)內(nèi)覆蓋層主要為粉質(zhì)黏土、中砂、粗砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土等，下覆地層為石灰?guī)r和炭質(zhì)灰?guī)r，溶洞多為無(wú)填充。溶洞內(nèi)介質(zhì)與圍巖之間存在極為明顯的波速差異。這種波速差異的存在，為本次使用的跨孔彈性波CT 法查明溶洞的分布提供了較好的物性條件。

2 物探工作方法

2.1 跨孔彈性波CT 工作原理

地質(zhì)體中土層、巖層、空洞的壓縮波速往往不同[7]，利用鉆孔布置若干個(gè)震源激發(fā)點(diǎn)（炮），在另一個(gè)鉆孔內(nèi)布置若干個(gè)接收點(diǎn)（檢波點(diǎn)），記錄下各發(fā)射-接收對(duì)的初至?xí)r間。結(jié)合鉆探得到的邊界條件，利用計(jì)算機(jī)反演可得探測(cè)范圍內(nèi)各單位格地質(zhì)體的波速，進(jìn)而推斷出地質(zhì)體的類型[8]，示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 跨孔彈性波CT 法觀測(cè)系統(tǒng)示意圖

2.2 CT 剖面布置

南岸橋墩分左右兩幅，均為梅花型布樁，x 和y方向的樁心間距均為7.4 m，樁徑2.4 m，鉆探工作采用1 樁2 鉆，成孔后及時(shí)跟進(jìn)PVC 套管，防止塌孔。

CT 探測(cè)布置了兩套方案。方案1 為在正方向上逐孔探測(cè)，孔距約7.4 m。方案2 為隔孔探測(cè)，孔距約14.8 m（見(jiàn)圖2 中CT03 和CT03-2）。在對(duì)角線方向上同樣如此，如C T14 有孔距約10.5 m、孔距約20.9 m 兩種方案。設(shè)置不同間距的剖面可以對(duì)鉆孔周圍多方向進(jìn)行探測(cè)，同時(shí)驗(yàn)證探測(cè)的有效性。

圖2 剖線布置平面圖（單位：m）

2.3 現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)參數(shù)

在發(fā)射孔按1.0 m 間距設(shè)置激發(fā)點(diǎn)，在接收孔按1.0 m 間距設(shè)置接收點(diǎn)，保證每一個(gè)激發(fā)點(diǎn)，在接收孔中進(jìn)行全孔接收，見(jiàn)圖1。鉆孔全部位于水面以下，以水為耦合介質(zhì)。探測(cè)深度一般為探頭能下放到的最大深度，且接收點(diǎn)和發(fā)射點(diǎn)的傾角不大于45°。采集儀器為由美國(guó)Geometrics 公司生產(chǎn)的Geode 型淺層地震儀，震源德國(guó)Geotomographie 公司生產(chǎn)的IPG 1005 高壓儲(chǔ)能發(fā)射器，接收探頭為兩套CH-3R型高靈敏度12 道聲波探頭。野外工作開(kāi)始前，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了方法參數(shù)試驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)資料，跨孔彈性波CT 法選擇的野外工作參數(shù)如下：

測(cè)試工作頻率：≥1 000 Hz。

接收點(diǎn)距：1.0 m。

激發(fā)點(diǎn)距：1.0 m。

采樣間隔：20.833 μs。

濾波通帶：400～4 000 Hz。

接收信道數(shù)：24 道。

疊加次數(shù)：2～5 次。

2.4 反演技術(shù)參數(shù)

根據(jù)初始速度模型和初至?xí)r間，應(yīng)用國(guó)內(nèi)最成熟的CT 反演軟件，選擇1 m×1 m 的節(jié)點(diǎn)間隔，進(jìn)行疊代計(jì)算，反演跨孔剖面的波速影像。根據(jù)反演得到的速度模型，以100 m/s 速度間隔進(jìn)行色分，疊加工程地質(zhì)剖面圖，制作波速影像圖。最后結(jié)合鉆探資料和巖土層波速范圍和特征，分類對(duì)波速影像進(jìn)行地質(zhì)解釋。

丘紅燕等［23］報(bào)道，中國(guó)人群使用非標(biāo)準(zhǔn)劑量（0.521～0.833 mg/kg）阿替普酶靜脈溶栓療效與標(biāo)準(zhǔn)劑量（0.9 mg/kg）具有相同的療效和安全性，最佳劑量范圍為0.6～0.9 mg/kg。本研究結(jié)果顯示，中國(guó)人群使用標(biāo)準(zhǔn)劑量阿替普酶靜脈溶栓的總有效率和遠(yuǎn)期預(yù)后良好率均大于低劑量組（0.6 mg/kg），說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)劑量的臨床療效優(yōu)于低劑量。

3 成果分析

3.1 成果概述

探測(cè)工作由廣東省地質(zhì)物探工程勘察院完成，根據(jù)剖面布置方案和現(xiàn)場(chǎng)施工情況，共完成跨孔彈性波CT 法63 對(duì)剖面，總計(jì)完成檢波點(diǎn)（炮）96 739個(gè)。根據(jù)反演結(jié)果，可以得到鉆孔間地質(zhì)體的波速分布圖，結(jié)合表1 和鉆孔資料，可以得到橫、縱、斜各剖面溶洞（淺灰色部分）的發(fā)育情況和基巖（深色部分）的分布情況，見(jiàn)圖3。

表1 土體特征參數(shù)

圖3 CT 剖面探測(cè)結(jié)果

3.2 持力層判斷

巖溶發(fā)育區(qū)的巖層形態(tài)極不規(guī)則，而大直徑灌注樁往往要求持力層范圍內(nèi)的巖體較完整，否則可能發(fā)生漏漿、樁身傾斜、承載力不足等事故。

以16 號(hào)樁為例（位置見(jiàn)圖2），初勘鉆孔LSQ zk5顯示在標(biāo)高-43.7 m 以下，未揭露溶洞。詳勘階段鉆孔LSQ zk5-1 顯示，-49.8～51.1 m 處有小溶洞，但整體巖層仍較完整，N-S 方向CT10-1 剖面顯示除鉆孔揭露的直徑約1m 的小溶洞外，巖層較完整。NE-SW方向C T14-1 剖面顯示此處溶蝕裂隙發(fā)育，W-E 方向的CT03-2 剖面顯示，-43.6 m～51.1 m 處溶洞發(fā)育，結(jié)合測(cè)線CT02 和CT01 發(fā)現(xiàn)，此處可能存在溶洞、地下河（見(jiàn)圖4）。

圖4 同一鉆孔不同方向CT 剖面探測(cè)結(jié)果

由此可知，在某個(gè)剖面上，看起來(lái)是完整的基巖，但換一個(gè)探測(cè)方向，可能就會(huì)發(fā)現(xiàn)樁底或者周圍有溶洞，這與巖溶發(fā)育區(qū)的不均勻性有關(guān)。因此僅通過(guò)一個(gè)鉆孔或者一個(gè)剖面，難以確定地層的空間分布情況。如果草率地確定持力層，就會(huì)增大持力層范圍內(nèi)溶洞漏判的概率，造成重大變更，甚至發(fā)生安全事故。

3.3 CT 成果的驗(yàn)證

逐孔探測(cè)鉆孔間的探測(cè)成果無(wú)法驗(yàn)證，因此本次探測(cè)采用先隔孔探測(cè)，再施工中間鉆孔的方法，利用中間鉆孔的資料，對(duì)CT 探測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

以測(cè)線CT03 和CT03-2 為例，其中小間距為方案1，大間距為方案2（見(jiàn)圖5）。可以看出兩種方案揭露的地層分布整體相似，小間距反映出的地質(zhì)體邊界更為精細(xì)，可以揭露尺寸更小的地質(zhì)體，如圖箭頭所示逐孔探測(cè)揭露有兩個(gè)直徑1～2 m 的溶洞，在隔孔探測(cè)中反映為一個(gè)合體的溶洞，說(shuō)明在對(duì)于小尺寸地質(zhì)體的探測(cè)中，鉆孔間距的增大可能會(huì)導(dǎo)致精度的降低。隔孔探測(cè)對(duì)巖溶發(fā)育區(qū)的整體分布規(guī)律揭露良好，如淺層的漏斗和落水洞、深層的溶洞（最大洞高約6 m，或?yàn)榈叵潞樱?，反映的尺寸和形態(tài)與逐孔探測(cè)結(jié)果吻合良好。隔孔探測(cè)揭露的地質(zhì)交界面深度與鉆探成果一般有著0.5～2 m 的“誤差”，由于參考鉆孔的平面位置并不精確地位于測(cè)線上，無(wú)法確定誤差完全來(lái)自CT 探測(cè)。

圖5 同一剖面不同孔距探測(cè)結(jié)果

3.4 CT 對(duì)鉆探的指導(dǎo)

巖溶地區(qū)的鉆探難點(diǎn)在于確定鉆孔的深度，《巖土工程勘察規(guī)范》要求勘探深度不應(yīng)小于底面以下樁徑的3 倍并不小于5 m。然而在實(shí)際鉆探過(guò)程中，由于無(wú)法確定是否已經(jīng)穿過(guò)發(fā)育區(qū)，或者當(dāng)前巖層滿足承載力要求，因此往往會(huì)選擇增加鉆孔深度，甚至達(dá)到基巖面以下15～20 m。這樣一方面增加了工期，另一方面僅靠鉆探仍然無(wú)法確定持力層內(nèi)是否存在對(duì)工程產(chǎn)生影響的溶洞。

以圖6 箭頭所示鉆孔為例，該鉆孔位于測(cè)線CT14-1 與CT15 的交點(diǎn)上（見(jiàn)圖2），可以先施工周圍鉆孔，通過(guò)CT 對(duì)樁徑范圍內(nèi)的地質(zhì)情況進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，初步確定持力層的位置，再進(jìn)行鉆探+管波實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)精確探測(cè)，增加探測(cè)結(jié)果的可信度，同時(shí)可以適當(dāng)減少不必要的鉆探工作量。后續(xù)據(jù)施工單位反映，該橋沖樁過(guò)程與提供的地質(zhì)資料基本相符，樁基施工進(jìn)展順利。

圖6 經(jīng)過(guò)同一鉆孔的不同剖線

4 結(jié)語(yǔ)

（1）在巖溶地區(qū)對(duì)橋梁樁基工程的地質(zhì)勘察中，經(jīng)鉆探驗(yàn)證，跨孔彈性波CT 法可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)漏斗、溶洞、基巖等地質(zhì)體的空間分布，是一種高效準(zhǔn)確的工程物探方法。

（2）巖溶地區(qū)的地質(zhì)體發(fā)育往往極不規(guī)律，對(duì)于大直徑樁，建議采用一樁多鉆+多個(gè)方向的CT 剖面探測(cè)，減少持力層范圍內(nèi)溶洞漏判的概率。

（3）對(duì)于群樁基礎(chǔ)，建議先進(jìn)行隔孔鉆探，馬上跟進(jìn)CT 探測(cè)進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，再實(shí)施中間鉆孔，以提高勘察工作的效率和可靠性。