地球物理勘探技术在公路建设中的应用
张山
一、 公路建设中的勘探或检测问
题
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在公路建设的不同阶段，勘探和检测都是必不可少的重要工作。在勘察设计阶段，需要弄清沿线地层岩性分布和构造特征，特别是软土基的分布和（客斯特地区、矿区等）近地
表
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地下洞穴情况。在软土基处理阶段，需要对处理效果进行检测，例如粉喷桩是否达到设计深度和强度。在筑路阶段，需要对填土层、基层和面层的厚度、压实度（或强度）进行检测。
二、 地球物理勘探的优势和作用
传统上，在上述各项勘探或检测中，国内主要采用钻孔取芯方法。该方法的优点是直观、准确；缺点是取样密度受到限制，虽然在取样点上比较精确，但在总体上可靠性较差。地球物理勘探或检测技术基本上是无损的，可以以较低的成本实现高密度采样（从几米到几厘米），其结果在总体上更为可靠。采用地球物理勘探和检测技术，并配以少量的钻孔控制，可以大大提高公路勘探和检测的精细度和可靠度，并降低勘探或检测所带来的人为破坏。例如，钻孔法很难发现零星分布的地下空洞，而地球物理方法可令沿线地下空洞难以遁形。再如，按现行规范中的钻孔法检测面层厚度，其总评结果往往具有较大的随机性；而地质雷达检测结果则更为精细可靠。
三、 主要地球物理勘探技术简介
在公路建设方面，用的最多也最有效的地球物理技术主要是浅层反射地震勘探技术、面波地震勘探技术和地质雷达技术。浅层反射地震勘探的探测深度约为几米到几十米，甚至几百米；分辨率约为2—5米。地质雷达的勘探深度约为几厘米到十几米，分辨率约为几毫米到一米。面波地震勘探的探测深度从十几厘米到十几米，分辨率从几厘米到几米。
反射地震勘探技术和地质雷达技术都属于反射波法勘探技术，特别适合于层状介质；其基本原理是人工激发的地震波或电磁波在向地下传播的过程中，遇到不同岩性的地层界面时，产生反射波，一部分能量携带着地下界面的特定信息（界面深度、岩性）反向传回地面，地面
记录
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仪接收并记录这些信息（图1）。沿测线方向不断等间距地移动发射点和接收点，并对记录数据进行适当处理，即可形成地震剖面或地质雷达剖面（图2），它反映了地层的构造特征（包括沿侧线方向的空间变化）和一定的岩性特征。这些剖面经过沿线少量钻孔取芯的标定和解释，可以准确可靠地揭示出一定深度范围内地层岩性的空间变化，为公路设计奠定良好的基础。
一般陆上浅层地震勘探采用小药量爆炸激发，或采用锤击激发，采用速度型或加速度型检波器排列接收；水上则采用电火花震源或压缩空气震源（气枪）激发，采用压电型检波器排列接收。为了提高信噪比，通常采用多次叠加观测系统，即一点激发多点接收，随着激发点的前移，接收排列按一定的规律等距离滚动前进（图3）。
地质雷达的电磁波采用受控电子线路和天线激发，视具体目的和天线几何形态所激发的电磁波频率从20兆赫到2500兆赫。接收天线的特性与激发天线相同。激发天线与接收天线可以是合体的，也可以是分体的，合体天线比分体天线工作效率高。分体天线也可以模拟反射地震勘探中多次叠加的观测方式，从而提高地质雷达剖面的信噪比。
面波地震勘探主要利用了面波波长与面波穿透深度之间的关系估算地层中面波速度的空间分布规律，既适合于层状介质，又适合于连续介质。特别适合于寻找地下空洞，也可用于软土基处理前后的效果
评价
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。
四、 主要工作内容和成果
1、前期勘探
前期勘探主要采用浅层反射地震勘探法和地质雷达法，根据探测区段的具体条件和物性特征，两种方法联合使用或进行优选，获得相应的剖面图。根据测线上不同区段的剖面特征，确定适当的控制点，进行钻孔取芯；根据取芯结果对剖面进行标定、解释，获得沿线地层的构造剖面图，包括软土基和空洞分布，如图4所示。
2、软土基处理
主要采用面波地震勘探法，在软土基处理前和处理后一定时间内，分别进行面波勘探，比较不同时期面波速度剖面的变化特征，就可以对软土基处理效果进行比较准确地评价，如图5所示。
3、结构层厚度检测
主要采用地质雷达法。不同结构层成本不同，为了防止承包商变相偷工减料，仅控制标高是不够的，采用地质雷达可快速连续评估各结构层的厚度。填土层和基层一般采用500兆赫天线，稳定层一般采用900—1000兆赫天线，面层一般采用1000—2500兆赫天线。基层和稳定层检测采用地面耦合方式（即天线放在地面拖行），面层检测一般采用空气耦合天线（天线悬空拖行）。检测结果以雷达剖面（图6）、厚度曲线、评价表（式样见下表）、统计分布图等多种形式提交给用户。
4、结构层压实度、强度检测
主要采用面波地震勘探法。首先获得结构层面波速度曲线；然后根据控制点上钻孔取芯测量结果，建立结构层速度与压实度（或强度）之间的回归关系；最后，把结构层面波速度曲线转化成压实度（或强度）曲线，并按公路界的习惯，提供评价表、统计分布图等成果。
地质雷达检测XX高速公路XXX标段
沥青中下面层厚度(每公里)评价表（左幅）
桩 号
平均值
标准差
代表值
最小值
变异系数
<11．5cm的百分比
样点数
K043+170～Ｋ042+619
12.68
1.21
12.61
9.90
9.55
18.51
832
K041+467～Ｋ041+000
13.81
0.74
13.77
11.90
5.34
0.00
935
K040+999～Ｋ040+000
14.29
0.64
14.24
12.70
4.45
0.00
487
K039+999～Ｋ039+000
15.12
0.91
15.09
13.10
6.00
0.00
1803
K038+999～Ｋ038+000
15.01
1.54
14.95
11.50
10.24
0.00
1852
K037+999～Ｋ037+000
15.46
1.01
15.42
13.20
6.53
0.00
1790
K036+999～Ｋ036+037
15.48
0.69
15.45
12.70
4.46
0.00
1926
浙公网安备 33021202002483