塞內加爾高速公路地下空洞物探研究

邱 鑫，陳長纓

(中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041)

1 工程概況

在塞內加爾機場高速公路路基施工過程中，在實施Somone-Mbour路段的土方工程時，在PK25+900—PK26+030高速公路占地范圍內發(fā)現(xiàn)了直徑和深度各異的多處空洞。這些自然空洞影響了數(shù)米厚的紅土塊，可能對高速公路的穩(wěn)定性構成威脅。通過與業(yè)主充分溝通后，項目部決定邀請當?shù)刂麑嶒瀱挝籗ENELABO進行物探研究，以尋求經(jīng)濟合理的最佳處理方案。

2 使用方法

優(yōu)先通過電磁法獲取了電阻率地圖，確定有異常的區(qū)域，以便更好地選擇高密度電阻率成像(ERT)和探地雷達(GPR)的剖面位置。

在現(xiàn)場可疑地點處實施了5個長100 m的ERT剖面和4個GPR剖面。除了P5指向西南-東北外，其余所有剖面(ERT和GPR)均指向東南-西北，以能探測到的電阻率地圖上觀察到的異常方式來設置剖面(電阻率最強和最弱的區(qū)域)。

最開始的2個剖面ERT P1和P2探測到了現(xiàn)場肉眼可見的大空洞的頂部，一方面可以驗證其幾何特性，另一方面可以用作參考，以更好地確定此區(qū)域其他可能出現(xiàn)的空洞的特性。測量使用的裝置為Schlumberger，探測深度達20 m。

3 取得的結果及分析過程

3.1 肉眼可見空洞的特性

通過現(xiàn)場觀察，可識別紅土層中各不同類型的空洞。某些空洞的大小相對較小，而其他一些空洞尺寸達數(shù)米。此外，雨水通過破碎的紅土層地下滲透至麥斯特里希特階的淺表含水層，成為破碎和變質區(qū)域內空洞形成的主要動力。此滲透將導致破碎區(qū)域內大塊紅土被侵蝕及快速變質，帶走細微物質，向下溶解沉積，直至潛水層，增加破碎范圍，形成地下空洞。細微物質被水流帶走，在端口中流動；最厚重、流動性低的物質(假豆石)構成基坑側面肉眼可見封閉空洞的底部。

3.2 電磁勘探的結果和分析

經(jīng)探測，出現(xiàn)電阻率異常情況坐標見表1。

表1 出現(xiàn)電阻率異常情況坐標

由表1可知，在此區(qū)域淺表紅土層中的空洞，由于土層的高滲透性，空洞里充滿空氣。這些空隙在石塊中存在，相對石頭本身實際的電阻率而言，大大增加了電阻率。因此，在電阻率地圖上，可以觀察到，在地圖的西南部位，電阻率最強，可能對應的就是較大空洞。

已開挖的中央部位(高速公路線路區(qū)域)相比未開挖的部位，電阻率要稍微低一些，且似乎沒有空洞。但是，需要注意的是，紅土下導電土壤的存在可能掩蓋了空洞出現(xiàn)在電阻率地圖上的可能性[1-3]。

同時，還需注意的是，表面已打開的空洞在電磁地圖上是不可見的，因為微波被減弱了。為了更好地確定這些異常的實際幾何特點，將ERT剖面和雷達剖面進行了重疊放置并進行分析驗證。

3.3 ERT剖面的結果和分析

電子斷層攝影術的結果如圖1所示。

圖1 ERT剖面圖

在紅土結構中，電阻率一般根據(jù)紅土化程度在500～2 000 Ωm變化。若在這些紅土結構中，出現(xiàn)電阻率大于2 000 Ωm的情況，則極有可能存在與空洞相似的空隙?？障对谑^中越大，電阻率越高。

由圖1可知，剖面P1顯示存在3處空洞，分別為：

(1)與現(xiàn)場肉眼可見的空洞相符，達5 m深，位于X坐標12 m和22 m之間。一個更大的空洞(達8 m深)從第一個空洞邊界的西北方約3 m處開始，大約至X坐標50 m處。位于剖面X坐標68 m處的一個空洞的深度在2.5～5 m。剖面P2顯示存在3個空洞，位置和深度與P1接近。剖面P3顯示存在2個空洞，深度達5 m。

(2)位于X坐標38 m和52 m之間。

(3)位于X坐標53 m和61 m之間。

3.4 雷達剖面的結果和分析

雷達勘測的結果如圖2、圖3所示。

圖2 雷達圖像(一)

圖3 雷達圖像(二)

由圖2、圖3可知：

(1)GPR R1剖面顯示了要往低處延伸的空洞的臨近剖面的前幾米有信號反射。這些反射對應了石塊中空隙的存在。

(2)GPR R2剖面顯示存在一個位于X坐標35 m的空洞，對應在ERT P2剖面上發(fā)現(xiàn)的位于X坐標53 m的空洞。

(3)與R3和R4平行的2個剖面都顯示在X坐標50 m附近存在反射。

(4)在大塊紅土后出現(xiàn)的底部(背景)噪聲表示進入到了一個更導電的介質中。

4 結論與方案確定

通過已進行的上述研究，可確定研究區(qū)域存在的大部分空洞的位置和特點。就像此區(qū)域發(fā)現(xiàn)的情況一樣，這些空洞總體來看都有較大的延展性，可達深度5～7 m[4-5]。

觀察到的最大的2個空洞正好位于開挖邊線上，第一個是在現(xiàn)場看到的空洞，第二個(隱藏)在第一個空洞西北方3～4 m處。表2為較大空洞的位置。

表2 較大空洞的位置

現(xiàn)場觀察到的所有空洞都可能對高速公路的穩(wěn)定性構成威脅。考慮到尺寸和隱蔽性，這些空洞需要進行處理，以完全穩(wěn)固高速公路路線區(qū)域，避免坍塌的風險。結合現(xiàn)場實際條件，最后業(yè)主方、實驗室方以及施工方三方達成了采用開挖換填的方案進行處理。

5 結束語

綜上所述，按照下述工序進行開挖：

(1)對于直觀可見的小空洞(直徑≤1 m)，將開挖至1.5 m深，空洞周圍擴展開挖0.5 m。

(2)對于直觀可見的大空洞，將開挖至相對空洞底部0.5 m深處，空洞周圍擴展開挖1 m。

(3)對于小的異常，將開挖至1.5 m深。若到此深度仍未發(fā)現(xiàn)空洞，則停止開挖。否則，若發(fā)現(xiàn)空洞，將開挖至最終深度，空洞周圍擴展開挖0.5 m。

(4)對于大的異常，將開挖至3.5 m深。若到此深度仍未發(fā)現(xiàn)空洞，則停止開挖。否則，若發(fā)現(xiàn)空洞，將開挖至相對空洞底部0.5 m深處，空洞周圍擴展開挖1 m。

(5)對于來自基坑的開挖料，在工地實驗室驗證特性后，可重新用在回填施工上。一旦結束開挖，應正確地清理地基。

(6)對于填方施工來說，基底一旦驗收后，應立即按每層30 cm對基坑進行回填。回填根據(jù)CCTP的規(guī)定進行壓實度(95%)試驗來進行跟蹤，在回填的最后實施承載板試驗進行驗證。