跨孔地震CT在杭州永豐大橋巖溶勘察中的應(yīng)用

鄭忠平 張瀚 資鋒 張慶華

（1蘇交科華東（浙江）工程設(shè)計有限公司 浙江杭州 310030 2湖南科技大學(xué)礦業(yè)工程研究院 湖南湘潭 411201）

在橋梁工程施工過程中，經(jīng)常會遇到影響施工進程和施工安全的各種不良地質(zhì)情況，巖溶是橋梁樁基礎(chǔ)施工過程中的安全隱患之一。杭州大江東產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)河景路（濱江二路至梅林大道）新建工程永豐大橋場地發(fā)育巖溶，場地地質(zhì)條件復(fù)雜。傳統(tǒng)的鉆探和物探方法由于其較高的成本及特殊性而很難對一些發(fā)育不均勻、地質(zhì)情況復(fù)雜的巖溶進行全面而有效的分析。相比較而言，跨孔地震CT技術(shù)可以借助前期鉆孔釋放彈性縱波，探測深度不受影響并可查明橫向連續(xù)的破碎帶和空間分布，彌補了傳統(tǒng)勘探方法的不足［1-2］。此外，該技術(shù)還可對孔間巖土體進行逐層掃描，通過Matlab解譯生成探測區(qū)的波速等值線云圖，使得剖面內(nèi)的地質(zhì)異常體能更加直觀地表現(xiàn)出來，因此跨孔地震CT技術(shù)用于探測巖溶分布是一種可行、理想的方法［1-3］。本文擬利用跨孔地震CT技術(shù)對擬建的杭州永豐大橋場地進行巖溶勘查，以期查明橋址區(qū)地下巖溶的分布范圍及發(fā)育情況。

1 工程概況

項目為杭州大江東產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)河景路新建工程永豐大橋，探測目標(biāo)為主線高架和匝道樁基礎(chǔ)落位區(qū)巖溶空間分布狀態(tài)。鉆孔所揭露的探測場地地層為上覆粉砂粉土層，下伏中等風(fēng)化灰?guī)r，在勘探深度范圍內(nèi)地層自上而下可分為3個大層，8個亞層（表1），地下介質(zhì)均具備較好的地震波傳播條件。探測時發(fā)射孔與接收孔平均間距約為13～25m，人工激發(fā)的地震波傳播到接收孔時能量較強。現(xiàn)場探測工作前向探測鉆孔中灌滿清水，使得激發(fā)探頭和檢波器串分別與地下介質(zhì)較好地耦合［4-5］。

2 數(shù)據(jù)采集分析及地質(zhì)解譯

本次探測使用的儀器為北京同度工程物探技術(shù)公司開發(fā)的32道SSP檢測儀。該儀器包含記錄器與32通道檢波電纜，檢波器間距0.5m、1m，頻帶20～16kHz。采集到的波形，通過濾波等各種手段抑制噪音后，自動讀取首波走時并計算彈性波波速。以ZZK21-ZZK13剖面為例，探測范圍內(nèi)地層介質(zhì)波速變化范圍為1～6km/s，有效探測深度范圍為0～-35.0m，標(biāo)高0～-12.5m分布波速小于1.8km/s的第四系覆蓋層。

資料的地質(zhì)解譯主要解譯跨孔CT剖面中疑似存在的巖溶發(fā)育區(qū)、軟弱夾層及中、微風(fēng)化巖面，地質(zhì)解譯的原則為：①先對鉆探資料及波速影像圖進行充分的綜合分析、對比，確定各類巖土層的波速范圍及特征，然后再對跨孔CT法反演波速影像進行地質(zhì)解譯；②根據(jù)綜合分析、對比確定的巖土層波速范圍和特征進行巖土層分類；③根據(jù)巖土層分類對波速影像進行地質(zhì)解譯［4，6］。

表1 場地地層巖性特征

本次勘查工作完成的45個剖面的地震波層析成像工作，跨孔地震CT法中巖土層分類見表2。

3 CT成像和鉆探成果對比分析

地震CT根據(jù)地震波在不同介質(zhì)中傳遞的速度結(jié)合鉆探成果來判斷地質(zhì)情況。其中，中風(fēng)化基巖的波速高于強風(fēng)化基巖，強風(fēng)基巖高于覆蓋層，覆蓋層也根據(jù)成分不同，波速有一定不同，根據(jù)相對關(guān)系可以圈出波速較低的非基巖區(qū)和波速較高的基巖區(qū)［4-6］。鉆孔ZZK21-ZZK13剖面的跨孔地震CT成像結(jié)果（圖1）顯示，探測區(qū)域內(nèi)分布2處地震波中-低速異常帶，位于右上側(cè)波速異常帶波速范圍為2200～3200m/s，推測為巖溶可能發(fā)育區(qū)，與鉆探資料揭露的ZZK13孔在標(biāo)高-13.59～-19.59m見巖溶相吻合；左下側(cè)波速異常位置與ZZK21孔鉆探資料揭露的標(biāo)高-13.95～-25.55m 處見強風(fēng)化基巖層相吻合。在標(biāo)高-27.0以下未見明顯波速異常反應(yīng)，推測深部未發(fā)育較大巖溶或物探未能發(fā)現(xiàn)薄層 （厚度小于0.5m）巖溶。因此，跨孔地震CT圖像上揭露的疑似巖溶的位置、上下游溶槽壁、基巖的凹凸輪廓與鉆探剖面總體吻合，雖然細部結(jié)構(gòu)探測存在不足，但說明了CT成果圖所反映信息的可靠性。

表2 跨孔地震CT法中巖土層波速及特征分類

圖1 鉆孔ZZK21-ZZK13剖面CT成像

4 結(jié)論

在巖溶地區(qū)的工程勘察中，跨孔地震CT成像技術(shù)的探測結(jié)果精度較高，能有效反映區(qū)間地層信息，且與鉆探資料具有較好的一致性，在勘探巖溶、風(fēng)化層或巖體破碎帶位置等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。