綜合物探在高層建筑基礎(chǔ)巖溶勘察中的應(yīng)用

陳劍鋒

（中南勘察基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 武漢 430081）

在高層建筑基礎(chǔ)巖溶勘察中，常用的技術(shù)方法就是綜合物探法。綜合物探法在巖溶勘察中具有廣泛的應(yīng)用前景，已經(jīng)受到越來越多的工程項目的重視和應(yīng)用，針對巖溶地區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)，采用綜合物探法是保證工程項目安全有效的重要方法。

1 綜合物探技術(shù)

1.1 綜合物探技術(shù)的概念

“物探”是“地球物理勘探”的簡稱，物探技術(shù)就是通過借助物理原理對地質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行勘察和研究。綜合物探技術(shù)可以降低單一地球物理勘探方法在解釋方面存在的多解性問題，是提高地球物理勘探解釋可靠性的有效技術(shù)。

1.2 物探技術(shù)的分類

物探技術(shù)作為地質(zhì)科學(xué)中一種新興的技術(shù)，不僅是工程勘察的重要方法之一，還是衡量地質(zhì)勘察現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。物探技術(shù)按照研究對象不同，基本上分為水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察、災(zāi)害及環(huán)境地質(zhì)調(diào)查、考古研究與地下管線探測、工程質(zhì)量檢測和工程運(yùn)行動態(tài)監(jiān)測這五個方面。

1.3 綜合物探技術(shù)的使用

單一的物探方法對于復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境無法取得精準(zhǔn)的物探結(jié)果，存在很大的局限性。因此在進(jìn)行地質(zhì)工作時，要針對具體的地質(zhì)情況來選擇合理有效的物探方法，更好地完成地質(zhì)勘查工作。比如在桃花寺抽水蓄能電站輸水洞線的物探工作中，就采用了多種物探方式結(jié)合的勘測方法，其中主要采用了淺層反射、電測深法和地震折射的物探方法，共同完成了勘測工作，查明了地勢的起伏特點(diǎn)和埋藏深度。南水北調(diào)中線工程中也采用了多種形式的物探方法，充分發(fā)揮了綜合物探技術(shù)的優(yōu)勢，取得了良好的勘測成果。

2 綜合物探在高層建筑基礎(chǔ)巖溶勘察中的應(yīng)用原則

2.1 根據(jù)巖溶的具體分布特點(diǎn)確定物探方法

巖溶主要就是指地下水和地表水對可溶性巖石通過破壞和改造的作用而形成的地貌現(xiàn)象和水文地質(zhì)現(xiàn)象的總稱。巖溶對于高層建筑基礎(chǔ)的破壞性很大，在覆蓋型巖溶區(qū)，由于覆土強(qiáng)度較低，會引起地基發(fā)生剪切，巖溶地表周圍的溶溝和落水洞都會造成基礎(chǔ)面的起伏不定，在附加的荷載作用下，地基會產(chǎn)生不均勻沉降，會使建筑基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑動，引起建筑地基的不穩(wěn)定。在建筑基礎(chǔ)的受力范圍內(nèi)，如果有溶洞、暗河和土洞，經(jīng)過長期的自然作用，就會引起建筑地基的基礎(chǔ)面塌陷和開裂，進(jìn)而導(dǎo)致建筑物的破壞。我國的巖溶地貌分布廣泛，是世界上巖溶地貌分布最廣、最典型的國家，主要分布于西部地區(qū)的碳酸鹽巖出露地區(qū)，面積大致為91 ～130 萬km2，主要以廣西和貴州為主，西藏和北方地區(qū)也有部分分布。物探方法主要有重力法、磁法、地震法、電法、放射性測量法和地?zé)釡y量法。在實際的建筑基礎(chǔ)巖溶勘察中要根據(jù)地質(zhì)的實際分布情況和各種方法的優(yōu)勢進(jìn)行科學(xué)選擇，最終順利完成巖溶勘察工作。

2.2 物探人員具有較強(qiáng)的專業(yè)知識

由于巖溶地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境比較特殊，在前期進(jìn)行地質(zhì)勘的過程中，一定要確?？睖y的數(shù)據(jù)成果真實有效，能夠真實反映出巖溶地區(qū)的分布特點(diǎn)，進(jìn)而有助于選擇科學(xué)有效的物探方法。因此工作人員要有很強(qiáng)的工作能力，不但要熟悉工程區(qū)域的地質(zhì)情況，還要對工程任務(wù)有仔細(xì)的分析和規(guī)劃，熟知各種巖溶的分布特點(diǎn)，對各種物探方法的基本原理、應(yīng)用的物理前提、工作技術(shù)以及所要花費(fèi)的費(fèi)用都要有所了解。綜合物探技術(shù)涉及的知識面比較廣，對從事人員的專業(yè)技能要求高，這就要求工作人員不但要掌握物探技術(shù)的應(yīng)用，還要掌握足夠的工程地質(zhì)學(xué)、基礎(chǔ)力學(xué)、土木工程知識等相關(guān)方面的知識。

2.3 合理的物探工作布置

物探工程是一項復(fù)雜的工作，除了其中涉及的知識面廣泛，還有較為嚴(yán)格的物探工作流程。物探布置工作中主要就是確定測線和測點(diǎn)，在工程地質(zhì)和土木工程技術(shù)的幫助下，可以少布置一些測線和測點(diǎn)，這樣做可以有效減少工作量，節(jié)約人力和物力資源，獲得工程經(jīng)濟(jì)效益的最大化。物探工作布置的精度主要變現(xiàn)在水平的分辨率、垂直的分辨率以及探測深度這三個方面。

3 綜合物探在高層建筑基礎(chǔ)巖溶勘察中的應(yīng)用

3.1 高密度電法

高密度電法是結(jié)合了電剖面法和電測深法而形成的新型技術(shù)手法。高密度電法的原理和電阻率法大致相同，不同的一點(diǎn)就是高密度電法在觀測方式中設(shè)置了更為高精度和更為高密度的觀測點(diǎn)，這些觀測點(diǎn)是以陣型的排列方式而成的，屬于陣型勘探方法。通過對建筑基礎(chǔ)的空間分布規(guī)律進(jìn)行觀測和研究，尋找?guī)r溶穩(wěn)定的地區(qū)，高密度電法在進(jìn)行建筑基礎(chǔ)巖溶勘察時，只需要將全部電極布置在建筑基礎(chǔ)之上，然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機(jī)工程電測儀，這樣就可以快速準(zhǔn)確地對建筑基礎(chǔ)的巖溶信息進(jìn)行自動化采集，這些采集結(jié)果經(jīng)過處理之后，就可以解釋建筑基礎(chǔ)的分布特點(diǎn)以及分布規(guī)律。高密度電法技術(shù)的應(yīng)用，讓電法勘探的智能化程度大大提高，在高層建筑基礎(chǔ)巖溶的勘察工作中發(fā)揮了巨大的作用。高密度電法在建筑基礎(chǔ)巖溶勘察的工作圖如圖1 所示。高密度電法勘察建筑基礎(chǔ)巖溶的流程示意圖如圖2所示。

圖1 高密度電法在建筑基礎(chǔ)巖溶勘察的工作圖

圖2 高密度電法勘察建筑基礎(chǔ)巖溶的流程示意圖

3.2 多波地震法

多波地震法是地震勘探的方法之一。多波地震法主要就是利用地下介質(zhì)的彈性和密度差異，通過人為觀測地下震動產(chǎn)生的地震波規(guī)律，推斷建筑基礎(chǔ)的巖溶構(gòu)成。多波地震勘探方法不僅僅在勘探石油和天然氣方面有重要應(yīng)用，而且隨著土木工程的不斷發(fā)展，也廣泛應(yīng)用于建筑工程項目之中。通過發(fā)射地震波段，在地下的巖石上形成反射，傳遞到設(shè)備上，可以得到檢波點(diǎn)的具體位置，就可以對地下巖層的結(jié)構(gòu)和形態(tài)進(jìn)行分析。多波地震法在分層的詳細(xì)程度和勘測精度上，都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它的物探方法。地震波的涉及范圍一般為數(shù)十米到數(shù)十千米，波段涉及的深度廣是多波地震法的一大優(yōu)勢，但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷成熟和對成果數(shù)據(jù)的高精度要求，多波地震法的分辨率還有待提高，只有不斷提高地震波的分辨率，才能有助于地下巖溶的精準(zhǔn)探測。

3.3 地?zé)釡y量法

地?zé)釡y量法就是通過測定建筑基礎(chǔ)下層的相同深度的溫度和熱流，并借助設(shè)備儀器做出等溫線和熱流密度的剖面和平面圖的方法。地?zé)釡y量法在水文地質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、煤田、天然氣和建筑工程等方面都有廣泛的應(yīng)用。熱量可以通過傳導(dǎo)而不斷向地表擴(kuò)散，讓這些熱流反射到設(shè)備儀器中，最終形成等溫線和熱流密度圖。在地?zé)釡y量法中經(jīng)常使用的儀器就是穩(wěn)定平板熱導(dǎo)儀，主要的工作方式就是在一定的點(diǎn)和線的測網(wǎng)上用地?zé)釡y量儀測試建筑基礎(chǔ)的下部溫度，一般都是在深2 ～30m 的淺孔中進(jìn)行測量，點(diǎn)距一般都小于50m，分布在10 ～ 30m。為了使最終得到的數(shù)據(jù)真實準(zhǔn)確，在淺孔成型之后，為了讓淺孔溫度接近于原始地表溫度，需要相隔一段時間再進(jìn)行地溫梯度測量，工作方式就是將半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計深入到鉆孔之中進(jìn)行測量，從而得到測點(diǎn)的地溫垂直變化，最后形成的鉆孔地溫剖面圖和等溫線斷面圖以及等溫線平面圖，可以對建筑基礎(chǔ)下部的巖溶分布情況有很好的展示。

4 結(jié)束語

綜合物探法便于控制、分辨度也很高、資金投入相比鉆探而言少很多、工程進(jìn)展也比較快。所以在高層建筑基礎(chǔ)巖溶勘察中應(yīng)用比較廣泛，可以更好地根據(jù)實際情況對高層建筑基礎(chǔ)進(jìn)行分析總結(jié)，得到更加科學(xué)合理的施工方案。