公路工程地質(zhì)勘察方法研究

摘要 公路工程對于經(jīng)濟發(fā)展和居民出行至關重要，它是貨物運輸和人員流動的載體。地質(zhì)勘察是公路工程設計和穩(wěn)定運行的先決條件，為基礎的開挖、加固和施工方案確定提供了依據(jù)。為了明確不同勘察方法的適用范圍和適用階段，文章針對公路工程地質(zhì)的勘察方法進行總結和分析，指出了不同方法的適用性和優(yōu)缺點。結果表明采用物探方法與鉆探技術相結合的方法可以高效準確提供地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)，該勘察方法可以為公路工程地質(zhì)勘察提供理論參考。

關鍵詞 公路工程;地質(zhì)勘察;勘察方法;對比分析

中圖分類號 U412.2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）06-0090-03

引言

公路工程的重要性不言而喻，它是經(jīng)濟發(fā)展的紐帶，同時也是連接不同城市、城市與鄉(xiāng)村的橋梁。公路工程受影響的因素眾多，不僅受到車輛荷載的影響，也會因為地基的沉降或者徐變而產(chǎn)生變形，同時還要承受地下水和滲流的侵蝕。我國地質(zhì)條件非常復雜，每個地區(qū)的地形地貌構造存在差異性，而且大多數(shù)地區(qū)平原、丘陵和山地交替出現(xiàn)，所以需要提前做好公路工程的地質(zhì)勘察工作[1]。

公路工程地質(zhì)勘察是公路工程建設的最基本也是最重要的施工程序。地質(zhì)勘察不僅為公路設計提供地質(zhì)依據(jù)，同時為公路施工和路線選擇提供參考。只有準確的公路工程勘察，才能做到詳細了解施工場地地質(zhì)情況，做到精準施工、精準投資和安全穩(wěn)定運行[2]。目前來看我國在公路建設中，對地質(zhì)勘察缺少宏觀認知，沒有選擇合適的勘察方法，這也導致施工中面臨不同地質(zhì)環(huán)境帶來的問題，甚至會造成營運期間的安全事故。目前存在的地質(zhì)勘察方法有很多，既有原始的開挖取樣，也有利用高科技手段的物探方法。在實際工程中既不能一味追求高科技手段造成投資的增加，也不能低估土質(zhì)復雜程度而采用簡單的勘察方法造成數(shù)據(jù)不準確。因此需要根據(jù)不同公路工程地質(zhì)勘察方法的適用性和優(yōu)缺點，選擇最合適的勘察方法。該文通過對公路工程勘察方法進行總結分析，給出了不同方法的利弊和適用范圍，為公路工程地質(zhì)勘察方案選擇提供參考。

1 公路工程地質(zhì)勘察目的

公路工程地質(zhì)勘察根據(jù)不同階段可分為：規(guī)劃論證階段、設計階段和施工階段。三個階段的勘察內(nèi)容不斷增加，細致程度不斷加強。其中規(guī)劃論證階段勘察主要為編制可行性研究提供依據(jù)，該階段的勘察形式主要為視察，包括地形變化、周圍山川、水系情況，是否經(jīng)過橋梁、隧洞等。設計階段地質(zhì)勘察主要為初步設計文件編制和施工圖設計提供依據(jù)。該階段的勘察是對可能布線的區(qū)間進行工程地質(zhì)初探，重點勘察不良地質(zhì)地段。施工階段地質(zhì)勘察目的是對所有可能影響施工的因素進行排查和明確，需要獲得施工位置詳細的地質(zhì)資料，并分析其對施工的影響。

無論以上那個階段的地質(zhì)勘察，其目的主要有兩個：第一個為施工方式提供依據(jù)。只有在明確地質(zhì)承載力情況，才能依據(jù)公路的需求，確定施工方案。例如：對于地基基礎強度高的區(qū)域，可以采用直接開挖鋪設路面的方法;對于地基承載力弱的區(qū)域，則需要進行地基加固或者灌漿處理;對于地質(zhì)中存在地下河流、孔洞、軟弱層等情況，則需要專門制定處理方案。第二個目的是為公路選線提供依據(jù)。在充分了解規(guī)劃區(qū)域地質(zhì)情況的基礎上，可以有效地避免地質(zhì)基礎薄弱的區(qū)域，選擇施工難度低的區(qū)域;也可以規(guī)避特殊大橋、河流、隧道、鐵路等關鍵設施和天然生態(tài)環(huán)境區(qū)域。

2 公路工程地質(zhì)勘察技術

勘察技術即為勘察所采用的技術手段，決定了地質(zhì)勘察結果和勘察范圍。公路工程施工的不同階段需要采用不同的勘察技術[3-4]。從工程立項到最后竣工驗收，主要需要采用以下三種勘察技術：GPS技術、勘探技術和遙感技術。

GPS技術主要用于工程定位和周圍環(huán)境勘測，需要結合全站儀、水準儀等相關設備一起使用，進行測量放樣。該技術主要用于施工斷面輪廓測量，包括測量基準點的高程和位置、施工平面位置確定等?？碧郊夹g是勘察技術重要組成部分，主要是對公路工程下部土體性質(zhì)進行測量，確定土體材質(zhì)、強度、含水量、容重等性質(zhì)以及地下水的分布、儲量、水系位置等?？碧郊夹g需要對公路工程下方的土體進行取樣分析，較為常用的取樣技術是鉆孔取樣。鉆孔取樣的孔距應控制在20～40 m，孔深可根據(jù)具體地質(zhì)情況進行選擇，為設計地面標高以下2～4 m。遙感技術主要運用于公路工程后期勘察。公路工程涉及范圍廣，施工強度大，因此工程施工期均較長。在施工期間地形地貌有可能發(fā)生遷移和變化，為了不影響工程施工進度，可采用遙感技術對公路工程區(qū)域的地形進行實時測定和更新。

3 公路工程地質(zhì)勘探方法

在地質(zhì)勘察技術中，地質(zhì)勘探是最重要的一個環(huán)節(jié)，工作量和重要程度遠超其他兩種技術。因為地質(zhì)勘探獲得的土質(zhì)數(shù)據(jù)決定了公路工程設計文件以及施工方法。勘探數(shù)據(jù)的準確性是公路能否安全運行的保障。

3.1 挖探

所謂挖探就是直接開挖取樣進行土體性質(zhì)觀測。該方法的優(yōu)點是簡單方便，而且取樣土體直觀，精度高。但是勞動強度大，而且僅適合取樣深度比較淺的情況，不適合深層土體取樣。根據(jù)開挖方式不同，可分為坑探和槽探。

坑探就是挖掘較深的深坑或者深井，進行土質(zhì)取樣和觀測。因為需要人工開挖深坑，該方法適用于性質(zhì)比較穩(wěn)定不會發(fā)生坍塌的土層。槽探即為開挖槽型斷面進行土體測定，長度根據(jù)觀測范圍進行確定。槽探開挖范圍可根據(jù)具體情況調(diào)整，但是開挖深度淺，因此主要針對坡積層和殘積層的土體性質(zhì)進行觀測。兩種方式的對比情況如表1所示。

3.2 簡易鉆探

簡易鉆探是公路工程地質(zhì)勘探中經(jīng)常采用的方法。其優(yōu)點是工具輕、體積小、操作方便、進尺較快、勞動強度較小。缺點是不能采取原狀土樣或不能取樣，而且因為體積小、工具輕，在密實或堅硬的地層內(nèi)不易使用。常用的簡易鉆探工具有小螺紋鉆、釬探和洛陽鏟等。三種勘探方法的對比如表2所示，其中洛陽鏟適用范圍最廣，探查深度最深。

3.3 鉆探

在工程地質(zhì)勘察工作中，鉆探是廣泛采用的一種勘探方法，它可以獲得深部地層的可靠地質(zhì)資料。在公路工程地質(zhì)勘察中，鉆探主要用于橋梁、隧道、軟弱地層及滑坡等不良地質(zhì)的勘探，在挖探和簡易鉆探達達到所勘探的圖層時采用。為保證工程地質(zhì)鉆探工作的質(zhì)量和準確性，避免漏掉關鍵位置的地質(zhì)數(shù)據(jù)，需要提前制定勘探方案并準確確定鉆探孔的位置以及鉆探深度。鉆探結束后要及時對數(shù)據(jù)進行分析，準確判斷土層性質(zhì)和強度。根據(jù)鉆進時破碎巖石的方法，鉆探可分為沖擊鉆進、回轉(zhuǎn)鉆進、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進及振動鉆進等幾種。公路工程地質(zhì)勘探常用機械回轉(zhuǎn)鉆進和沖擊回轉(zhuǎn)鉆進兩種方法。

3.3.1 沖擊鉆進

沖擊鉆進是將鉆具提升到一定高度，利用鉆具的重力和沖擊力，使鉆頭沖擊鉆孔的孔底以擊破底層土層和碎石，達到不斷鉆進的目的。人力沖擊鉆進適用于黃土、粘性土、砂性土等疏松的土層，但勞動強度大。機械沖擊鉆進適用于礫、卵石層及基巖。不論哪種沖擊方式，均會對下層土體產(chǎn)生分離和破壞，不能獲得完整的原狀試樣土體。同時在沖擊力的作用下，下層土體會受到擠壓而濃縮加密，造成土樣變形而失去原有的真實性質(zhì)，會造成勘察結果的誤差。

3.3.2 回轉(zhuǎn)鉆進

回轉(zhuǎn)鉆進器具的四周有可以進行切削的刀刃，通過將器具進行向下旋轉(zhuǎn)，使中心土體上升，達到取樣的目的。工程地質(zhì)勘探廣泛采用巖心鉆進。這種方法能取得原狀土和比較完整的巖心。人力回轉(zhuǎn)鉆進適用于沼澤、軟土、粘性土、砂性土等松軟地層，設備簡單，但勞動強度較大。機械回轉(zhuǎn)鉆可適應各種軟硬不同的地層，圖1為機械回轉(zhuǎn)鉆進的裝置。回轉(zhuǎn)鉆進相比于沖擊鉆進的最大優(yōu)勢在于它可以獲得完整的巖心和土體試樣，同時并不對取樣土體產(chǎn)生破壞，因此勘探結果更為準確。

3.3.3 物探技術

地球物理勘探簡稱物探，是指通過研究和觀測各種地球物理場的變化來探測地層巖性、地質(zhì)構造等地質(zhì)條件。該方法兼有勘探與試驗兩種功能，和鉆探相比，具有設備輕便、成本低、效率高、工作空間廣等優(yōu)點[5]。但由于不能取樣，不能直接觀察，故需要與鉆探配合使用。物探技術是隨著科學技術的發(fā)展，根據(jù)不同性質(zhì)土體磁性和導電性的差異而產(chǎn)生的技術，主要包括三個流程：發(fā)出信號、搜集信號和成像技術。通過搜集土層返回來的信號并進行分析成像，得到勘探結果。

物探按其工作條件的不同可分為地面物探、井下物探與航空物探、航天物探。按所利用的巖、土物理性質(zhì)的不同可分為電法勘探、電磁法勘探、地震勘探、聲波探測、重力勘探、磁力勘探與放射性勘探等。在公路工程地質(zhì)工作中，較常用的有電法勘探、地震勘探和地質(zhì)雷達勘探[6]。電法勘探簡稱電探，是通過儀器測定巖、土導電性的差異來判斷地下地質(zhì)情況的物探方法。地震勘探是根據(jù)巖、土彈性性質(zhì)的差異，通過人工激發(fā)彈性波來探測地質(zhì)情況的物探方法。由敲擊或爆炸引起的彈性波在不同地層的分界面上發(fā)生反射和折射，產(chǎn)生可以返回地面的反射波和折射波。利用地震儀記錄傳播到地面的時間差以及傳播特性可以確定土層深度、狀態(tài)及性質(zhì)。地質(zhì)雷達是利用高頻電磁脈沖波的反射，探測地層構造的電磁裝置。通過發(fā)射天線向地下輻射寬帶的脈沖波，在地下傳播中遇到不同介質(zhì)時，將在其分界面上發(fā)生反射，根據(jù)接收到的回波來判斷目標的距離和位置。

表3為三種主要的物探方法的差異對比，由表中可以看出三種方法除了原理不一樣之外，差異性不大。但是需要指出的是物探方法最主要的目的是探測地下物體的位置以及不同土層的深度和范圍，在數(shù)據(jù)充分的情況下才可以根據(jù)返回信號的差異進行定性判斷土體性質(zhì)。因此如果需要得到確切的土層性質(zhì)數(shù)據(jù)，物探方法必須與鉆探技術相互結合，相互驗證。

4 結語

作為關乎國家經(jīng)濟發(fā)展和民生的復雜工程項目，公路施工前必須做好現(xiàn)場勘察測量工作，以便獲取真實的地質(zhì)數(shù)據(jù)信息為設計、規(guī)劃、施工提供保障。在地質(zhì)勘察過程中不僅要明確當?shù)氐耐临|(zhì)條件，同時應結合合理勘察方法和勘察設備，處理好勘察數(shù)據(jù)信息，對于整個工程的建設有重要意義。

（1）鉆探是工程地質(zhì)勘察方法中最有效的技術，其中回轉(zhuǎn)鉆探因為可以取出原樣土質(zhì)進行直觀觀測，在地質(zhì)勘察中被廣泛運用。

（2）物探雖然效率高、節(jié)省工作空間，但是該勘察技術應與鉆探技術相結合才能更加準確高效的對公路工程地質(zhì)進行勘察。

參考文獻

[1]張奎. 公路工程各階段地質(zhì)勘察的內(nèi)容及方法思考[J]. 資源信息與工程， 2019（2）： 139-140.

[2]趙夢寧. 公路工程地質(zhì)勘察中常見問題對策分析[J]. 建材與裝飾， 2018（35）： 224-225.

[3]張世明. 公路工程各階段工程地質(zhì)勘察的深度、內(nèi)容及方法[J]. 智能城市， 2018（2）： 114-115.

[4]劉志遠. 公路工程各階段地質(zhì)勘察的內(nèi)容及方法分析[J]. 住宅與房地產(chǎn)， 2017（30）： 191.

[5]余波， 蘇生瑞. 公路工程各階段工程地質(zhì)勘察的深度、內(nèi)容及方法[J]. 公路， 2015（2）： 139-144.

[6]歐俊峰， 干騰君， 王文斌. 公路工程地質(zhì)勘察要點[J]. 西部探礦工程， 2013（5）： 5-7.

收稿日期：2022-01-18

作者簡介：馮帆（1984—），女，本科，中級工程師，研究方向：公路工程地質(zhì)勘察。