摘要：为了避免不良地质诱发的地质灾害对于桥梁桩基工程的安全施工和健康运行所造成的危害，则需要对桥梁桩基的不良地质进行探测。本文结合地质雷达对贵州某特大桥的桩基基底进行地质探测的工程案例，研究了桥梁桩基下不良地质的位置及规模，对所测的雷达图像进行分析解释，并通过地质调查进行验证。研究表明：地质雷达可以有效的探测桥梁桩基下的不良地质，并为施工和设计提供了参考依据。
关键词：地质雷达；桩基；不良地质
引言
探地雷达（ground penetrating radar，GPR）是一种用于确定地下介质分布的光谱电磁波技术可以用于不良地质的检测[1~2]，探地雷达利用一个天线发射高频宽频带短脉冲电磁波，另一个天线接受来自地下介质界面的反射波。邓居智[6]对芜湖一宜城高速公路K46+800至K47+100段的路基塌陷，采用探地雷达进行了勘察，以了解该路段范围内二叠系灰岩中的溶蚀裂隙的发育情况，经过对雷达图像特征的判释，确定了15处岩溶发育情况，并对其中两处进行了钻探验证，结果与雷达判释结果非常吻合。雷达探测在岩溶地区具有经济性、非破坏性和快速等优点。在岩溶发育地区，基岩顶面、溶洞及溶蚀裂隙发育形态非常复杂，目前常规的工程地质钻探由于勘察孔数数量有限，难以反映溶洞的分布、形态及连通性，对钻孔旁侧是否存在溶洞也一无所知，而地面工程物探仅能大致了解岩溶发育的平面分布及埋深，难以详细描述岩溶的形态及垂向发育深度。
1 地质雷达工作原理
地质雷达是采用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标体或地下界面进行扫描，以确定其内部结构形态或位置的电磁技术。其工作原理为：高频电磁波以宽频带脉冲形式通过发射天线发射，经目标体反射或透射，被接受天线所接收，具有高分辨率、无损性、高效率、抗干扰能力强等特点。检测时采用剖面法，即发射天线（T）和接收天线（R）以固定间距沿测线同步移动的测量方式，高频电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度和波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化，由此通过对时域波形的采集、处理和分析，结合施工单位提供的设计资料，可确定待测目标的地质情况。
其结果可用地质雷达时间剖面图像表示，其中横坐标记录了天线在待测目标表面的位置，纵坐标为反射波双程走时，表示雷达脉冲从发射天线出发经地下界面反射回到接收天线所需的时间。这种记录能准确描述测线下方各反射界面的形态。地质雷达的工作原理，如图1所示。
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图1 地质雷达工作原理及其基本组成示意图
2 工程实例
2.1 工程概况
某特大桥15号主塔基础由24根长40m、直径3.5m的基础组成，护壁厚度为20~30cm，采取4×6行列式布置，桩中距为7米，桩号位于K33+003.5，孔口标高为707.391m。
2.2 地质概况
场区地貌的显著特点是受构造及岩性控制，槽谷走向与岩性、区域构造走向基本一致，槽渡河河谷为一宽度为800～1500m宽的“U”型槽谷，起地形起伏变化大，海拔介于595.0～1185.0m，相对高差达590.0m。场区地貌类型属溶蚀-构造低中山河谷地貌。研究区岸谷坡岩石建造类型以碳酸盐岩为主，地形上为峰峦连绵起伏的山体。
槽谷内岩石建造类型以碎屑岩为主，靠近河道右侧为碳酸盐夹碎屑岩，地形多为脊状丘及鸡爪丘最为发育，自然坡度多数为10～25°之间中缓坡地形。研究区岸主塔附近：节理主要有J1（3°～5°∠50°～60°）、J2（155°～160°∠50～60°）二组。其中J1优势节理以倾向5°、倾角60°为主，张开度一般在5～20mm，大多岩屑及泥质充填，间距0.5～1.5m，本组节理不发育；J2优势节理以倾向160°、倾角50°为主，张开度一般在3～15mm，大多岩屑及泥质充填，间距多数在0.4～1.2m，本组节理不发育。以上两组节理裂隙发育深度多数在强风化层内，结合差，中风化层内较粗糙，钙质胶结、结合好，均属硬性结构面。
2.3 测线布置
因为在桩底采用地质雷达在桩底进行探测时，很容易将混淆方向所以需要对桩底进行测线布置，圆形基坑扫描4条线，呈“米”字型（如图3所示），探测深度在15m左右。
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图3 测线布置图
2.4 地质雷达图像分析与结论
依据上述采用的地质雷达测线布置，开展地质雷达探测，图4给出了15-2号桥墩的地质雷达探测的雷达图像，假定桩基的底部为零点。由图可以推测：
（1）基底以下探测范围内无大型溶洞发育。
（2）局部推测存在小型溶槽或裂隙较发育现象，其中基底以下3.2m～5.7m范围内有斜向裂隙发育，夹有约2-10cm厚的充填物。
本次工程通过对15号主墩基础24根桩基基底进行物探测试和现场孔壁开挖面出露地质调查，结合《勘察报告》、《设计文件》、施工记录等相关资料综合分析，得出以下结论及建议：
（1）某特大桥15号主墩24根桩基基底下部本次探测范围内，未发现有影响稳定的溶洞存在。
（2）探测范围内局部岩体存在溶蚀现象，节理裂隙发育，沿岩层部分层理或节理面，存在张开裂隙，推测伴有泥质充填物，厚度约1～20cm。其中，根据探测图像及岩层产状综合分析，推测15-1至15-6号基底由同一层裂隙贯穿。
（3）对于部分裂隙发育明显的区域，建议按次序对15-11号、15-18号、15-20号进行钎探，以进一步确认该裂隙发育的程度及其影响。
本次采用地质雷达对桥梁桩基底部不良地质探查为桥梁的安全施工提供了参考依据。
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（a）12测线 （b）34测线 （c）56测线 （d）78测线
图4 15-2号桥墩雷达图像
3 结论
采用本文通过结合地质雷达对贵州某特大桥桩基的不良地质进行探测，表明地质雷达在桥梁不良地质探测中具有分辨率高、勘探成本低、速度快等优点，可以为工程的安全施工提供重要的参考依据。
参考文献：
[1]程晔，赵明华，曹文贵，杨明辉.高速公路地质雷达探测溶洞成果精度提高方法的探讨[J].公路，2004（02）：64-68.
[2]王传雷，祁明松.地下岩溶的地质雷达探测[J].地质与勘探，1994（02）：58-60.
[3]邓居智，莫撼，刘庆成. 探地雷达在岩溶探测中的应用[J]. 物探与化探，2001，25（6）：P474-476.
论文作者:孟庆生,曹少辉
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/14
标签：地质论文; 桩基论文; 裂隙论文; 节理论文; 岩溶论文; 天线论文; 基底论文; 《防护工程》2018年第27期论文;