地质雷达探测技术在岩体稳定性分析中的应用.doc

地质雷达探测技术在岩体稳定性分析中的应用福州绕城高速公路上厝2#桥为一座预应力连续T梁桥。该桥临近陡崖，其中右1#墩-1#、左1#墩-2#、左2#墩-2#三根桩距离陡崖很近，地质条件复杂，为确保高速公路桥梁安全，有必要对桩基附近岩石的稳定性及覆盖层厚度进行勘测，以及时掌握地质情况。地质探测的方法有很多，如钻探法、地震发射波法、地质雷达法等，其中地质雷达探测技术具有快速、无损、高分辨等特点，近年来应用越来越广泛。上厝2#桥的桩基由于所处的地形陡直，决定采用地质雷达技术进行探测。本文阐述了地质雷达探测原理，并以上厝2#桥三根桩基的侧壁及桩底岩体的地质雷达探测为工程实例，重点介绍了地质雷达技术在人工挖孔桩附近岩壁探测中的应用，为上厝2#桥桩基的正常施工提供了可靠的地质资料，也为类似工程提供了较好的借鉴。1 工程概况上厝2#桥的桥跨布置为：左幅（40+50+40）m预应力连续T梁桥，右幅（240）m预应力连续T梁桥。桥型平面布置图见1所示。 图1 上厝2#桥桥型平面布置图 该桥临近陡崖，特别是右1#墩-1、左1#墩-2、左2#墩-2三根桩距离陡崖很近（如图1所示）。通过对上述三根挖孔桩坑位的现场地质勘察可得知，三根桩附近基岩埋深浅，地势相对较陡，基岩起伏较大，但自然斜坡稳定，局部偶有小掉块。桩基采用人工挖孔方法施工，右1#墩-1#桩底侧壁岩性主要为弱微风化燕山晚期花岗岩（53），局部夹有灰绿色闪长玢岩；左1#墩-2#桩底侧壁岩性主要为弱微风化燕山晚期花岗岩（53）；左2#墩-2#桩底侧壁岩性主要为弱微风化燕山晚期花岗岩（53）和花岗斑岩。桩底侧壁岩质均坚硬，岩石强度达到90MPa以上；岩体较完整，呈块状，厚层状结构。三根桩桩底侧壁处岩体均较完整，节理裂隙较发育，主要发育两组节理裂隙。右1#墩-1#和左1#墩-2#桩侧壁较潮湿，桩壁及桩底部有点滴状出水现象，而左2#墩-2#桩侧壁较干燥，无滴水现象。2 地质雷达探测原理与工作方法2.1 地质雷达探测原理地质雷达是一种采用高频电磁波来探测地下介质分布的无损检测方法。地质雷达主机通过移动的天线向地下发射电磁波，当电磁波遇到不同的媒质界面时便会发生反射和透射，电介质间的电性差异越大，反射回波能量也越大。反射回来的电磁波被同步移动的接受天线接收后，记录在雷达主机中。再通过对信号的处理和分析，根据信号的波形、强度、双程走时等参数，便可以判断地下目标体的空间位置、结构及几何形态等。图2是地质雷达工作原理图。图2 地质雷达工作原理图2.2 工作方法本次对人工挖孔桩附近岩壁的地质探测主要采用加拿大探头与软件公司生产的EKKO PRO最新一代探地雷达系统。该系统配备有专门应用于人工挖孔桩桩底地质情况探查的30m长光纤信号传输线，天线中心频率为100MHz。桩底采用环形剖面法，侧壁采用垂直剖面探测法进行探测；数据采集时间窗为500ns，天线偏移距离为1m，有效探测距离（深度）达20m以上。3 探测结果与分析3.1 右1#墩-1#桩外侧岩壁与桩底地质雷达探测结果图3（a）为右1#墩-1#桩外侧壁岩体地质雷达探测记录。图中，桩外侧壁岩体内部结构、岩体悬崖表面界线在雷达记录上显示清晰，外侧壁悬崖产状较陡。地质雷达记录显示外侧壁岩体内回波能量较强，反映该桩位外侧壁岩体节理裂隙较发育。外侧岩壁厚度经探测记录计算得到：从桩口至桩底为2.211m。根据地质雷达记录解释的结果，得到桩外侧壁岩体厚度与结构图见图3（b）。该桩位外侧壁岩体从内往外可分为弱风化带、强风化带、第四系与全风化带；其中弱风化围岩可定为IV级，强风化围岩可定为V级。地质雷达记录反映出挖孔爆破时对孔壁岩体的破损影响范围宽度约为2m。图3（c）为右1#墩-1#桩桩坑底部地质雷达探测记录。该记录反映桩底以下010m范围岩石介质中有一组近于水平的节理发育，但岩体结构较完整；桩底以下1020m范围岩石结构完整（a）桩外侧壁地质雷达探测记录 （b）桩外侧壁岩体厚度与结构图 （c）桩底地质雷达探测记录图3 右1#墩-1#桩（b）桩外侧壁岩体厚度与结构图3.2 左1#墩-2#桩外侧岩壁与桩底地质雷达探测结果 图4（a）为右1#墩-1#桩外侧壁岩体地质雷达探测记录。图中，桩外侧壁岩体内部结构、岩体悬崖表面界线在雷达记录上显示十分清晰，外侧壁悬崖产状较陡。地质雷达记录显示外侧壁岩体内回波能量较弱，反映该桩位外侧壁岩体结构较完整，但在外侧壁岩体内有一条产状较陡，朝桩坑方向倾斜的裂隙带存在；外侧岩壁厚度从桩口至桩底为211.5m。根据地质雷达记录解释的结果，得到桩外侧壁岩体厚度与结构图见图4（b）。该桩位外侧壁岩体从内往外可分为微弱风化带、强风化带、第四系与全风化带；其中微弱风化围岩可定为IV级，强风化围岩可定为V级。地质雷达记录反映出挖孔爆破时对孔壁岩体的破损影响范围宽度约为2m。图4（c）为左1#墩-2#桩桩坑底部地质雷达探测记录。该记录反映桩底以下012m范围岩石介质中有一组近于水平的节理发育，但岩体结构较完整；桩底以下1220m范围岩石结构完整。（a） 桩外侧壁地质雷达探测记录（c）桩底地质雷达探测记录图4 左1#墩-2#桩3.3 左2#墩-2#桩外侧岩壁与桩底地质雷达探测结果 图5（a）为左2#墩-2#桩外侧壁岩体地质雷达探测记录。图中，桩外侧壁岩体内部结构、岩体悬崖表面界线在雷达记录上显示十分清晰，外侧壁悬崖产状很陡。地质雷达记录显示外侧壁岩体内靠近桩壁一侧的回波能量较弱，而靠近悬崖方向一侧岩体内的回波能量较强，反映该桩位外侧壁靠近桩壁一侧岩体结构较完整，远离桩壁靠近悬崖一侧、对应桩深618m范围的岩体内裂隙较发育；外侧岩壁厚度从桩口至桩底为1.29.2m。根据地质雷达记录解释的结果，得到桩外侧壁岩体厚度与结构图见图5（b）。该桩位外侧壁岩体从内往外可分为微弱风化带、强风化带、第四系与全风化带；其中微弱风化围岩可定为IV级，强风化围岩可定为V级。地质雷达记录反映出挖孔爆破时对孔壁岩体的破损影响范围宽度约为2m。图5（c）为左2#墩-2#桩桩坑底部地质雷达探测记录。该记录反映桩底以下03m范围岩石结构较破碎；桩底以下310m范围岩石介质中有一组近于水平的节理发育，但岩体结构较完整；桩底以下1020m范围岩石结构完整。（a）桩外侧壁地质雷达探测记录（b）桩外侧壁岩体厚度与结构图（c）桩底地质图5 左2#墩-2#桩3.4 桩基侧壁岩体稳定性评价通过对右1#墩-1#、左1#墩-2#、左2#墩-2#三根桩外侧壁地质雷达探测资料的分析与解释，结果表明：这三根桩外侧岩体悬崖均较陡峭，其坡度分别在60、70、80左右；外部岩石为微弱风化带、强风化带、第四系与全风化带，岩体内裂隙较发育；另外，在挖孔爆破时对各桩孔壁岩体的破损影响范围宽度达2m，影响了桩体外侧壁岩体的完整性。由此可见，上述三根桩外侧壁岩体基本稳定，建议对岩体适当加固以提高安全储备。4 结语根据地质雷达的探测预报结果，在上厝2#桥右1#墩-1#、左1#墩-2#