工程物探方法在电力工程勘察中的应用

　1.引言：岩石风化程度是风化作用对岩体的破坏程度，如何评判岩石风化程度，特别是覆盖层以下的风化程度成为电力工程勘测中的难点。而且准确的判断岩石风化程度，决定了其承载力的推荐、持力层的选择，也进一步影响了后续施工开挖及工程造价。本文选取山东省临沂市某电厂工程勘察区域具有代表性的数据进行分析，结合钻孔和工程地质调查验证，探讨了工程物探在岩石风化程度评价中的应用，通过波速试验、高密度电阻率法（直流电法）和地质雷达测试（电磁波法）对岩石风化程度进行论证，以确定厂址区风化岩石的分布规律及工程性状[1-2]。 

　　2.工程概况 

　　拟建厂址区位于山东省临沂市，场地地貌成因类型为剥蚀低丘，原始地貌类型为斜坡地，局部有冲沟和水塘；目前场地内覆盖大量回填土，局部回填土层较厚。拟建厂址区场地土（岩）存在以下特征： 

　　（1）地形高程较大，覆盖层层底埋深变化大，填土分布范围广、厚度变化大，且基岩面起伏较大； 

　　（2）拟建厂址区附近断裂构造较发育，距拟建厂址区小于1.0km的断裂有三条，分别为：相邸-高阁庄断裂最新活动时代为第三纪晚期，距厂址区最近距离约0.6km；日照-胶南断裂最新活动时代为中更新世，距厂址区最近距离约0.8km；莒南断裂最新活动时期为中更新世中早期，该断裂西段距厂址区最近距离均约0.6km。该断裂构造的发育不会影响拟建厂址区稳定性，但裂隙构造运动时对附近岩体会造成不同程度的挤压破坏等，表现为裂隙发育、岩体较破碎等。 

　　（3）局部冲沟分布，且冲沟上部已回填，无法确定原冲沟准确位置及覆盖层分布情况；

　　（4）下伏基岩以变粒岩为主，黑云斜长变粒岩与白云钾长变粒岩两种岩石共生，无统一分层界限，且同等风化程度的上述岩石工程性质相近；但同一层位黑云斜长变粒岩风化程度较白云钾长变粒岩强，导致基岩风化程度不均一，风化界面埋深变化大。 

　　3.工程物探勘察 

　　鉴于以上场地情况，本次勘测通过单孔波速试验、高密度电阻率法（直流电法）、地质雷达测试（电磁波法）等多种手段，结合工程地质调查及钻探，对场地土（岩）不均匀性进行了综合评价。 

　　3.1单孔波速试验 

　　采用地面激振孔中接受的方式进行，在距孔口1～2m处用重锤敲击激发地震波。水平向敲击，激发横波；垂直向敲击，激发纵波。三分量检波器放入孔底，贴壁装置使检波器贴壁，按1m的间距自下而上接收地震信号，测量地震波在不同深度岩层中传播的时间，通过分析处理软件计算出各岩层的波速值进而求取相关参数[3]。 

　　3.2 高密度电阻率测试 

　　高密度电法是以地下被探测目标体与周围介质之间的电性差异为基础，利用人工建立的稳定地下直流电场，依据预先布置的若干道电极，灵活选定装置排列方式进行扫描观测，研究地下大量丰富的空间电性特征，从而查明和研究有关地质问题的一组直流电法勘探方法[4]。 

　　3.3 地质雷达测试 

　　地质雷达是基于高频电磁波理论，向地下介质发射一定强度的高频电磁脉冲，电磁脉冲遇到不同电性介质的分界面时即产生反射或散射，地质雷达接收并记录这些信号，再通过进一步的信号处理和解释即可了解地下介质的分布情况[5]。当电磁波在介质中传播时，其路径—波形将随所通过介质的介电性质及几何形态而变化，据接收到波的旅行时间、幅度、频率与波形变化等特征，可以推断目的物的内部结构以及深度、形状等。 

　　4.厂址区岩石风化程度发育规律分析 

　　4.1 波速试验 

　　本次共布置了4组单孔波速试验，以其中一条典型的剪切波束试验值（m/s）随深度变化曲线为例，覆盖层厚度为3m，可见该孔3.0～6.0m范围内岩石风化程度较强烈、裂隙较发育，6.0～15.0m范围内地层波速试验值在500m/s左右，根据钻孔资料，该段岩石呈强风化状态；15.0m以下，岩层风化程度较稳定，为强风化状态或中等风化状态的岩石。 

　　4.2 高密度电阻率 

　　本次勘测共布置高密度电法剖面测线6条，高密度极间距3.00～5.00m，电极60～90道，其中单条剖面长度为270m或300m。 

　　以3-3'剖面为例（图4.2），在测线方向0～50 m处出现相对较低的低阻带，视电阻率值一般小于120Ω.m，该层分布不均匀，覆盖层局部很薄，推测为地下岩层风化作用强烈引起的；在测线50～160m处，出现高阻带，局部电阻率很高，说明基岩风化相对弱一些；在测线165～185m处，为低阻异常，据前期资料，为原冲沟位置，是不均匀填充影响，导致电阻率降低，这些都与后期钻孔对应。 

　　根据物探测量成果推断，场地岩性较为复杂，上覆人工填土和残坡积层厚度变化大，岩性为粉土、粉质粘土、细砂，分布不均匀，视电阻率值一般小于100Ω.m，局部为30～50Ω.m。下伏岩层为太古界坪上组变粒岩和燕山晚期二长斑岩侵入体，其中以变粒岩为主。下伏基岩视电阻率值一般大于100Ω.m，局部全风化程度较强区域视电阻率值相对较低；电阻率反应全风化层中局部高阻区、强风化岩层中局部低阻区，反应为该区基岩风化程度不均一，风化界面埋深变化大。 

　　4.3 地质雷达 

　　为获得更为详细的地质资料，指导地基基础设计及施工，结合高密度电法勘测成果和前期钻探成果，对拟建场地进行了地质雷达探测，以详细查明基础范围下部的岩石风化程度。

    本次勘测根据探测要求及场地条件和工作环境，采用反射波剖面法，本次共布设10条地质雷达探测剖面。数据采集设备采用瑞典MALA公司的RAMAC型地质雷达及配套的RTA 50 MHz天线。根据地质雷达探测成果推断，上覆人工填土和残坡积层厚度变化大，分布不均匀，该层和风化基岩层在雷达上有比较清晰界面，工程性质变化大。其中2-2’、 4-4’、9-9’剖面覆盖层较厚，深度可达到6.0m，局部更深，例如4-4’剖面502#钻孔附近松散区域达到14.0m，其他测线覆盖层较薄。基本确定了建筑场地覆盖层变分布范围；场地基岩裂隙发育程度，岩石风化强烈区域的分布。 

　　以8-8'测线为例（图4.3），自319～466#钻孔孔位，东北向西南方向进行探测，该测线表层0～4.0m比较松散，推测是人工填土；4.0～12.0m区域存在基岩破碎区，节理裂隙发育；8-8'测线基岩存在裂隙发育，如上图所示。剖面未发现大型断裂、破碎带等不良地质现象。 

　　4.4 综合解释 

　　波速试验、高密度电阻率法（直流电法）和地质雷达测试（电磁波法）均能对岩石风化程度进行探查。综合比较这几种方法的优劣，单孔波速试验精确度比较高，但探测范围较小，仅可对该钻孔周围岩体风化程度进行判断，是钻孔判断的对照；高密度电阻率法和地质雷达测试探测范围都比较大，也都比较直观，但对于岩层风化程度的评价，高密度电阻率法所测的电阻率值更能准确的反应岩石风化的发育程度及分布区域，而地质雷达测试相对比较方便，对厂址区无金属物质干扰的情况下反应岩石风化程度的范围更广，多次反复探测可近视得到立体影像反应。 

　　根据工程地质调查，拟建厂址区原始地貌存在数条冲沟、水塘等，现已全部回填，通过本工程一期勘测资料，大致确定冲沟的位置、走向等，并对现场工作进行了优化。另外对拟建主厂房区域已有岩石剖面的进行了研究。图中红色边框内颜色较深的为黑云斜长变粒岩，该岩石位于强风化的白云钾长变粒岩中间，用手可掰断；放入水中一天后软化强烈，用手可碾成砂土状。可见强风化基岩内部存在软弱夹层。 

　　根据钻探结果，①素填土层厚0.40～16.10m，层底埋深0.40～16.10m，层底高程76.42～97.34m；场地内覆盖层厚度、层底埋深及层底高层变化均较大，钻探成果显示了全风化变粒岩中存在强风化碎块层，强风化地层中夹全风化呈砂土状岩层，局部区域全风化与强风化界面不明显，呈渐变性带状分布，说明周围覆盖层厚度变化、基岩面起伏等场地土（岩）不均匀性。 

　　结论：通过波速试验、高密度电阻率法（直流电法）和地质雷达测试（电磁波法）的物探综合勘察，较好地探明了厂址区上部覆盖层、基岩风化程度的整体分布范围及软弱岩土层的分布区域，通过工程地质调查及钻探验证，证实了工程物探在岩石风化程度判断的正确性，工程物探能快速、真实、准确地反映工程场地地质条件，以指导后期基础设计及基坑开挖，避免后期因不均勻地基、岩石风化程度发育不均一等问题造成不均匀沉降、后期基坑超挖造成成本增加等问题[9]。 

　　而且，工程物探方法可操作性高、方便快捷、勘察成本低，随着工程物探在电力工程中广泛应用，今后可大大节省钻探的工作量，并能准确反映厂址区工程地质条件。目前，物探技术也不断更新，探测精度不断提高，工程物探技术在今后的电力工程勘察中也将广泛应用，以起到缩短工期、减少工作量、降低成本、提高经济效益的作用。 

　　参考文献 

　　[1]朱韬.探讨工程物探在地质勘察中的应用[J].城市建设理论研究. 2015.2. 3069-3070. 

　　[2]张凌云，刘鸿福，李成友.高密度电法测量中接地电阻试验研究.勘探地球物理进展[J].2010，33（3）：179～183. 

　　[3] 王效明，罗永现.工程物探在判断岩石风化程度中的应用.华东建工勘察：2008.1（83）. 

　　[4]蒋凤. 综合物探在塌陷区岩溶地基安全评价中应用[J]. 地球. 2013.9. 130-131 

　　[5]邢文宝.探地雷达技术在岩溶地质勘探中的应用[J]. 铁道建筑技术. 2006（4）.63-65.