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摘要：在岩土工程勘察中，由于土层的性质差异，在实施工程地质钻探时所采取的工艺措施也有所不同。本文介绍了某工程中多种钻探手段结合物探技术在岩土工程勘察中的应用，揭示了场地地层结构及其分布变化的规律。
关键词：岩土工程勘察；钻探工艺；应用分析
前言
在岩土工程勘察中，传统的钻探勘探技术受勘探点间距较大的影响，无法揭示勘探点间相关地质体的变化情况。当在原有传统的钻探技术基础上结合多种物探手段，对于揭示钻探点间地质体的分布变化情况有了更好的补充，为钻探点外相关地层的“内连外推”提供依据，从而达到“点”、“线”、“面”结合的立体效果。
一、工程概况
某工程位于秦皇岛市昌黎县，占地面积109 亩，建筑面积达9 万平方米，为单栋6层超大面积建筑，沉降要求敏感。根据设计提出的勘察要求，该工程首先通过常规钻探及原位测试手段，基本查明了拟建场地内的地层结构及主要的持力层状况。桩基的持力层拟选用埋深约40-50m 的碎卵石层。同时，详细勘察发现：该碎卵石层面分东西两段，东西两段层面各自较平，但两段之间层面突变，钻孔揭示碎卵石层面最大标高差超过10m，层面最大坡度将近45度，作为持力层的碎卵石，两段的碎卵石层层面落差较大，对基础工程存在较大的影响。为保证工程建设顺利的进行，福建省建筑设计研究院组成专项工作组对碎卵石层异常地带进行综合勘察。
二、综合勘察目的
常规钻探点的间距采用20-30m，钻探孔揭示的地质情况主要反映勘探点处的地层结构，勘探点间的地质变化仅能进行人为推断，无法获得较准确的变化情况。为了分析碎卵石层性质异常变化的情况，尤其是层面高低起伏变化情况，专项工作组采用综合物探技术和钻探相结合的手段进行进一步的解析。本次应用的综合物探手段有横波反射法、高密度电阻率法以及瞬态面波法3种。通过3种物探方法采集碎卵石及有关地层的相关信息，判别精度可达2-3m，再结合钻探“精准点”对采取的地质信息进行校核，从而达到“点”、“线”、“面”结合立体效果。
三、综合物探
根据地质资料，拟建场地揭露的岩土层介质从上往下依次有：杂填土、淤泥、细中砂、淤泥（质土）夹砂、粉质粘土、（含砾）细中砂、淤泥质土互层、碎卵石、强风化岩、中等风化岩等。细中砂与淤泥（质土）夹砂、淤泥（质土）夹砂与（含砾）细中砂（或粉质粘土）、（含砾）细中砂砾岩与碎卵石、碎卵石与其下伏风化岩等之间均存在较大的波阻抗差异（密度和速度差异）及电阻率差异。在这些分界面将产生地震波的反射和折射，为浅层地震反射波法与瞬态面波法提供了地震地质分析的条件；而地层电阻率的差异为高密度电阻率法提供地质物理条件。
3.1横波反射法
3.1.1工作原理
浅层地震横波反射的工作原理是利用地下介质的波阻抗差异来解决地质问题。其基本原理是：地震波在地下介质传播过程中，遇到介质存在波阻抗明显差异的界面时会发生反射，反射波信号通过安置在地表的检波器接收并记录到地震仪，通过分析计算反射波振幅及相位的时空特性来推断地下地层构造。与纵波反射相比，横波反射受转换波的干扰较小，且横波速度相對低，所以垂向分辨率较高。
3.1.2 资料推断解释
本次浅层地震横波反射法采用多次CDP覆盖技术，接收道数12道，道距2m，炮间距2m，偏移距4m，覆盖次数6次。横波在淤泥（质土）夹砂、（含砾）细中砂、碎卵石及风化岩层面上均反发生反射，除风化岩外其它界面反射波能量较强，反射同相轴明显。
3.2高密度电阻率法
3.2.1工作原理
高密度电阻率法是在常规电法基础上发展起来的新型物探方法，其工作原理与常规电法一致，以岩土介质的导电性差异为基础，研究在人为施加电场的作用下，地下传导电流的变化分布规律。电阻率测深方法通过供电电极向地下供入直流电流，建立起电场，通过改变供电（A、B极）、测量装置（M、N极）的排列、大小和相对位置来改变电流在地下的分布情况，在地面测量电场的变化，就可以推断出地层电阻率深度的变化，达到测深的目的。
3.2.2 资料推断解释
本次高密度电阻率法采用单个排列电极，总数60根，极距3m，采用二级装置进行数据采集。电性层呈层状或视层状分布，视电阻率随深度呈“低——高——低——高”变化，电性层整体上可分为四层。结合钻孔资料分析，浅部的低阻层反映杂填土下的淤泥质土；其下伏高阻层反映细中砂；中部的低阻层反映淤泥（质土）夹砂、（含砾）细中砂及碎卵石；下部的高阻层反应风化岩。对照钻孔资料对比分析，淤泥（质土）夹砂、（含砾）细中砂及碎卵石在饱和水的作用下电阻率差异较小，电性界面较模糊，其它岩土层电阻率断面，特别是在追踪风化岩界面效果良好。
3.3 多道瞬态面波法
3.3.1工作原理
多道瞬态面波法基本原理是，利用面波沿介质表面传播，在多层介质中相速度发生变化等特征。数据采集时，通过瞬态冲击力作为震源激发面波，地表在脉冲荷载作用下产生波动，用传感器记录面波的垂直分量，并对波信号进行频散分析和处理。频散曲线的变化规律与地质条件和岩土介质的结构性状存在着内在联系。分析、研究和利用这种内在的联系，就可以达到探测地质体的目的。
3.3.2 资料推断解释
本次多道瞬态面波法测试仪器采用北京水电物探研究所研制的SWS-6型多功能面波仪，传感器为4Hz 垂直地震检波器，激发方式采用重锤法.排列为24道，道间距为2m，偏移距8-12m。从瞬态面波法试验测试成果图上可以看出，速度层呈层状分布，剖面自西往东低速层逐渐变厚。结合钻孔资料分析，中上部层速度较低反映杂填土、淤泥质土及细中砂及淤泥（质土）夹砂，下部高速度层反映粉质粘土及（含砾）细中砂，速度层沿测线的起伏变化情况基本与钻孔资料吻合。但本场地面波法的有效探测深度约40m，而本次勘探的主要目的是追踪40m 以下碎卵石持力层的起伏变化情况，受探测深度的限制说明瞬态面波法不适合本场地碎卵石层的勘察。由于各种物探方法的原理及针对地质体的物性不同，测试成果揭示的有效地质体的位置及效果也略有不同，而实际地质情况是唯一的。为了让物探成果综合解释图更符合实际情况，通过认真分析各方法的优缺点，以及各测试成果与钻孔资料吻合程度进行深度解析。
四、综合勘探成果资料分析
根据现场物探解译资料，再针对性地对地质异常地段进行补充工程钻探，钻探位置布置在碎卵石突变的中间地段，对各种物探手段的成果进行了进一步的校核。通过多种物探手段成果的对比分析，并结合物探与钻探成果的拟合，进一步摸清了场地岩土层的结构，特别是碎卵石层层面的起伏变化情况。
工程实践表明：多道瞬态面波法因有效探测深度的影响，在本场地无法获得碎卵石层面埋深的有效数据；高密度电阻率法对追踪风化岩等界面效果良好，但对碎卵石层面的追踪推断效果不明显；浅层地震横波反射法对碎卵石层面的追踪解译效果最好。
结束语
在这次综合勘察中，瞬态面波法因有效探测深度的影响，在本次勘察中对深埋的碎卵石层没有发挥作用，而浅层地震横波反射法与高密度电阻率法两种物探方法联合勘探取得比较好的效果，通过这两种物探方法与钻探方法对地下岩土层和不良地质体物性差异的综合对比，相互佐证，基本查明了测区内主要岩土层的分布情况，追踪并查清了碎卵石持力层面的起伏变化情况，达到了预期目的，对基础工程设计提供了较好的指导。不同的勘察手段均有它自己的适应性与局限性，综合勘察应根据特定场地的地球物理条件及勘察目的，结合岩土层的物性差异，有选择地采用有效的勘察方法，这是保证勘察成果质量的前提条件。
关键词：岩土工程勘察；钻探工艺；应用分析
前言
在岩土工程勘察中，传统的钻探勘探技术受勘探点间距较大的影响，无法揭示勘探点间相关地质体的变化情况。当在原有传统的钻探技术基础上结合多种物探手段，对于揭示钻探点间地质体的分布变化情况有了更好的补充，为钻探点外相关地层的“内连外推”提供依据，从而达到“点”、“线”、“面”结合的立体效果。
一、工程概况
某工程位于秦皇岛市昌黎县，占地面积109 亩，建筑面积达9 万平方米，为单栋6层超大面积建筑，沉降要求敏感。根据设计提出的勘察要求，该工程首先通过常规钻探及原位测试手段，基本查明了拟建场地内的地层结构及主要的持力层状况。桩基的持力层拟选用埋深约40-50m 的碎卵石层。同时，详细勘察发现：该碎卵石层面分东西两段，东西两段层面各自较平，但两段之间层面突变，钻孔揭示碎卵石层面最大标高差超过10m，层面最大坡度将近45度，作为持力层的碎卵石，两段的碎卵石层层面落差较大，对基础工程存在较大的影响。为保证工程建设顺利的进行，福建省建筑设计研究院组成专项工作组对碎卵石层异常地带进行综合勘察。
二、综合勘察目的
常规钻探点的间距采用20-30m，钻探孔揭示的地质情况主要反映勘探点处的地层结构，勘探点间的地质变化仅能进行人为推断，无法获得较准确的变化情况。为了分析碎卵石层性质异常变化的情况，尤其是层面高低起伏变化情况，专项工作组采用综合物探技术和钻探相结合的手段进行进一步的解析。本次应用的综合物探手段有横波反射法、高密度电阻率法以及瞬态面波法3种。通过3种物探方法采集碎卵石及有关地层的相关信息，判别精度可达2-3m，再结合钻探“精准点”对采取的地质信息进行校核，从而达到“点”、“线”、“面”结合立体效果。
三、综合物探
根据地质资料，拟建场地揭露的岩土层介质从上往下依次有：杂填土、淤泥、细中砂、淤泥（质土）夹砂、粉质粘土、（含砾）细中砂、淤泥质土互层、碎卵石、强风化岩、中等风化岩等。细中砂与淤泥（质土）夹砂、淤泥（质土）夹砂与（含砾）细中砂（或粉质粘土）、（含砾）细中砂砾岩与碎卵石、碎卵石与其下伏风化岩等之间均存在较大的波阻抗差异（密度和速度差异）及电阻率差异。在这些分界面将产生地震波的反射和折射，为浅层地震反射波法与瞬态面波法提供了地震地质分析的条件；而地层电阻率的差异为高密度电阻率法提供地质物理条件。
3.1横波反射法
3.1.1工作原理
浅层地震横波反射的工作原理是利用地下介质的波阻抗差异来解决地质问题。其基本原理是：地震波在地下介质传播过程中，遇到介质存在波阻抗明显差异的界面时会发生反射，反射波信号通过安置在地表的检波器接收并记录到地震仪，通过分析计算反射波振幅及相位的时空特性来推断地下地层构造。与纵波反射相比，横波反射受转换波的干扰较小，且横波速度相對低，所以垂向分辨率较高。
3.1.2 资料推断解释
本次浅层地震横波反射法采用多次CDP覆盖技术，接收道数12道，道距2m，炮间距2m，偏移距4m，覆盖次数6次。横波在淤泥（质土）夹砂、（含砾）细中砂、碎卵石及风化岩层面上均反发生反射，除风化岩外其它界面反射波能量较强，反射同相轴明显。
3.2高密度电阻率法
3.2.1工作原理
高密度电阻率法是在常规电法基础上发展起来的新型物探方法，其工作原理与常规电法一致，以岩土介质的导电性差异为基础，研究在人为施加电场的作用下，地下传导电流的变化分布规律。电阻率测深方法通过供电电极向地下供入直流电流，建立起电场，通过改变供电（A、B极）、测量装置（M、N极）的排列、大小和相对位置来改变电流在地下的分布情况，在地面测量电场的变化，就可以推断出地层电阻率深度的变化，达到测深的目的。
3.2.2 资料推断解释
本次高密度电阻率法采用单个排列电极，总数60根，极距3m，采用二级装置进行数据采集。电性层呈层状或视层状分布，视电阻率随深度呈“低——高——低——高”变化，电性层整体上可分为四层。结合钻孔资料分析，浅部的低阻层反映杂填土下的淤泥质土；其下伏高阻层反映细中砂；中部的低阻层反映淤泥（质土）夹砂、（含砾）细中砂及碎卵石；下部的高阻层反应风化岩。对照钻孔资料对比分析，淤泥（质土）夹砂、（含砾）细中砂及碎卵石在饱和水的作用下电阻率差异较小，电性界面较模糊，其它岩土层电阻率断面，特别是在追踪风化岩界面效果良好。
3.3 多道瞬态面波法
3.3.1工作原理
多道瞬态面波法基本原理是，利用面波沿介质表面传播，在多层介质中相速度发生变化等特征。数据采集时，通过瞬态冲击力作为震源激发面波，地表在脉冲荷载作用下产生波动，用传感器记录面波的垂直分量，并对波信号进行频散分析和处理。频散曲线的变化规律与地质条件和岩土介质的结构性状存在着内在联系。分析、研究和利用这种内在的联系，就可以达到探测地质体的目的。
3.3.2 资料推断解释
本次多道瞬态面波法测试仪器采用北京水电物探研究所研制的SWS-6型多功能面波仪，传感器为4Hz 垂直地震检波器，激发方式采用重锤法.排列为24道，道间距为2m，偏移距8-12m。从瞬态面波法试验测试成果图上可以看出，速度层呈层状分布，剖面自西往东低速层逐渐变厚。结合钻孔资料分析，中上部层速度较低反映杂填土、淤泥质土及细中砂及淤泥（质土）夹砂，下部高速度层反映粉质粘土及（含砾）细中砂，速度层沿测线的起伏变化情况基本与钻孔资料吻合。但本场地面波法的有效探测深度约40m，而本次勘探的主要目的是追踪40m 以下碎卵石持力层的起伏变化情况，受探测深度的限制说明瞬态面波法不适合本场地碎卵石层的勘察。由于各种物探方法的原理及针对地质体的物性不同，测试成果揭示的有效地质体的位置及效果也略有不同，而实际地质情况是唯一的。为了让物探成果综合解释图更符合实际情况，通过认真分析各方法的优缺点，以及各测试成果与钻孔资料吻合程度进行深度解析。
四、综合勘探成果资料分析
根据现场物探解译资料，再针对性地对地质异常地段进行补充工程钻探，钻探位置布置在碎卵石突变的中间地段，对各种物探手段的成果进行了进一步的校核。通过多种物探手段成果的对比分析，并结合物探与钻探成果的拟合，进一步摸清了场地岩土层的结构，特别是碎卵石层层面的起伏变化情况。
工程实践表明：多道瞬态面波法因有效探测深度的影响，在本场地无法获得碎卵石层面埋深的有效数据；高密度电阻率法对追踪风化岩等界面效果良好，但对碎卵石层面的追踪推断效果不明显；浅层地震横波反射法对碎卵石层面的追踪解译效果最好。
结束语
在这次综合勘察中，瞬态面波法因有效探测深度的影响，在本次勘察中对深埋的碎卵石层没有发挥作用，而浅层地震横波反射法与高密度电阻率法两种物探方法联合勘探取得比较好的效果，通过这两种物探方法与钻探方法对地下岩土层和不良地质体物性差异的综合对比，相互佐证，基本查明了测区内主要岩土层的分布情况，追踪并查清了碎卵石持力层面的起伏变化情况，达到了预期目的，对基础工程设计提供了较好的指导。不同的勘察手段均有它自己的适应性与局限性，综合勘察应根据特定场地的地球物理条件及勘察目的，结合岩土层的物性差异，有选择地采用有效的勘察方法，这是保证勘察成果质量的前提条件。