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    玄武巖地區(qū)高密度電法物探法的應(yīng)用

    2018-02-11 01:00:41蘇文存三亞水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院海南三亞572600
    中國房地產(chǎn)業(yè) 2018年13期
    關(guān)鍵詞:孤石電法玄武巖

    文/蘇文存 三亞水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院 海南三亞 572600

    1、高密度電法以及應(yīng)用范圍

    高密度電法(High-densityResistivityMeth od)是以地下被探測目標(biāo)體與周圍介質(zhì)之間的電性差異為基礎(chǔ),人工建立地下穩(wěn)定直流電場,依據(jù)預(yù)先布置的若干道電極,采用預(yù)定裝置排列形式進(jìn)行掃描觀測,研究地下一定范圍內(nèi)的空間電阻率變化,從而查明和研究有關(guān)地質(zhì)問題的一種物探方法。

    高密度電法采用電阻率四極對稱測深測量法,其工作方法是:首先在地面固定某個測點,通過逐步加大和加密測量供電極距(AB/2)以達(dá)到獲取地下不同深度位置巖土的視電阻率值,即可查明巖土縱深方向的電性變化情況,然后在完成該測點一定深度范圍的數(shù)據(jù)采集后以一定間距重復(fù)另一測點以獲取其地下不同深度位置巖土的視電阻率值,通過對比不同測點在不同深度位置的視電阻率值,即可了解巖土層橫向的電性變化情況,最后利用專業(yè)軟件和相關(guān)的解釋方法進(jìn)行解釋,從而確定巖土層的性質(zhì)及其發(fā)布。本次工作使用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WGMD-1型高密度電阻率測量儀來進(jìn)行,采取的測量供電極距AB/2分別為1.5m、2.5m、4.0m、6.0m、8.0m、10.0m、13.0m、16.0m、20.0m、25.0m、30.0m 和 36.0m,對應(yīng)的測量極距MN/2為0.5m和1.5m兩種,有效探測深度可達(dá)20米。根據(jù)設(shè)計要求,本次工作測區(qū)范圍為200m×200m,布設(shè)的測網(wǎng)密度為4m×10m,共布設(shè)了21條探測線,線距10m,測點間距4m(具體見圖1)。實際完成了1071個電阻率四極對稱測深測點。

    現(xiàn)行的國家勘察規(guī)范在條文說明中也指出,可以用高密度電法來進(jìn)行以下工作:①、測定基巖埋深,劃分松散沉積層序和基巖風(fēng)化帶;②、探測隱伏斷層、破碎帶;③、探測地下洞穴;④、測定潛水面深度和含水層分布;⑤、探測地下和水下隱埋物體。高密度電法可以作為常規(guī)鉆探、觸探、標(biāo)貫等勘察手段的輔助和補(bǔ)充,從而為地基基礎(chǔ)設(shè)計提供豐富的地下信息,成為巖土工程勘察過程中的一項行之有效的輔助手段。

    2、高密度電法物探法玄武巖地區(qū)實踐實例

    海南煉化800萬噸/年煉油化工項目,位于海南省洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)西部,西臨北部灣,是全國首個建設(shè)在第四系玄武巖噴發(fā)區(qū)的大型煉油化工項目。該項目新增原油罐區(qū)由4個原油罐組成,單罐容積10萬m3,罐體直徑80m,罐高21.8m,油面高20.71m。該項目工程場地巖土工程條件極為復(fù)雜,由于第四紀(jì)火山活動頻繁,多期噴發(fā)(分3-4期),形成巖(玄武巖)與土層(殘積土與風(fēng)化帶)交替出現(xiàn)的特殊巖土層結(jié)構(gòu),且每期形成的玄武巖層厚度不大,空間分布不均勻、局部缺失或極破碎、強(qiáng)風(fēng)化帶不均勻和有分布孤石。

    考慮到地基土的復(fù)雜性,鄰近已建成的10萬m3原油儲罐偏于安全考慮均采用了鉆孔灌注樁基礎(chǔ),施工工期長,建設(shè)成本高。為縮短工期及降低建設(shè)成本,尋求更為合理的地基基礎(chǔ)方案,勘察要求重點查清第四系玄武巖的空間分布、場地覆蓋層厚度及覆蓋層中玄武巖孤石的分布情況,根據(jù)勘察場地地基土的特殊性,決定采用鉆探、原位測試與高密度電法相結(jié)合的綜合手段進(jìn)行勘察。

    根據(jù)物探解譯成果數(shù)據(jù)繪制成建設(shè)場地覆蓋層厚度變化的剖面圖,再由各個剖面圖推演出覆蓋層等厚圖;物探成果表明本建設(shè)場地沒有孤石密集區(qū)(成片或成堆)分布。通過實際鉆探資料對物探點進(jìn)行驗證,精度達(dá)到了設(shè)計要求。

    本次勘察通過采用鉆探、原位測試與高密度電法物探相結(jié)合的綜合勘探方法,基本查清了建設(shè)場地第四系玄武巖的空間分布、場地覆蓋層厚度及覆蓋層中玄武巖孤石分布情況,經(jīng)綜合分析,勘察報告提出了對擬建的4個10萬m3原油儲罐采用強(qiáng)夯加換土墊層(即先采用強(qiáng)夯處理,再將表層2m厚的土層挖除,換作同厚度的中粗砂墊層)的地基基礎(chǔ)方案建議。設(shè)計方采納了勘察報告建議的地基基礎(chǔ)方案,采用強(qiáng)夯法對②、③層土進(jìn)行夯實處理,根據(jù)土層不同厚度選用不同的強(qiáng)夯能級,強(qiáng)夯前先將裸露在地表或淺層孤石挖除,進(jìn)行第一遍夯實,經(jīng)第一遍夯實后,將再次出露的孤石挖除,進(jìn)行第二遍夯實,以減小孤石對強(qiáng)夯加固效果的不利影響。強(qiáng)夯結(jié)束后,將表層2m厚的土層挖除,換作同厚度的中粗砂墊層。擬建4個10萬m3原油儲罐采用強(qiáng)夯加換土墊層的地基基礎(chǔ)方案,已于2007年底建成投產(chǎn),運(yùn)營正常。

    該項目通過采用鉆探、原位測試與高密度電法物探相結(jié)合的綜合勘察方法,基本查清了復(fù)雜的地基土條件,提出了合理的地基基礎(chǔ)方案,縮短建設(shè)工期約4個月,并大大降低了建設(shè)成本。

    工程實踐表明,效果較為理想,可為類似項目提供可借鑒的工程勘察經(jīng)驗。

    3、工程實例

    根據(jù)筆者在臨高縣某區(qū)(玄武巖噴發(fā)地區(qū))的勘察實例,論述該物探法在玄武巖地區(qū)的使用過程以及分析。

    擬建工程包括18棟層高29F的住宅樓,12棟層高32F的住宅樓。場地地貌屬玄武巖風(fēng)化剝蝕臺地。

    3.1 場地工程地質(zhì)條件

    本次勘察查明,在勘察所達(dá)深度范圍內(nèi),場地地層為第四系玄武巖殘積層(Qel)、第四系中更新統(tǒng)玄武巖(Q2β)、第四系下更新統(tǒng)海相沉積層(Q1m)以及上第三系上新統(tǒng)玄武巖(N2)和第三系上新統(tǒng)海相沉積的粉質(zhì)粘土(N2)海相沉積層(N2m)組成。自上而下可劃分為6個工程地質(zhì)單元層及2個亞層,其巖性特征分述如下:

    第①層含碎石粉質(zhì)粘土(Qel):紅褐、黃褐色,可塑狀,為玄武巖風(fēng)化殘積土,切面稍有光澤,風(fēng)化不均勻,下部夾少量的風(fēng)化巖碎塊及礫砂,d=2~8cm,次棱角狀,局部地段混玄武巖孤石。

    第②層強(qiáng)風(fēng)化玄武巖(Q2β):黃褐、灰褐色,主要礦物成分為斜長石、橄欖石、輝石及角閃石等組成,隱晶結(jié)構(gòu),氣孔狀構(gòu)造,巖體極破碎,節(jié)理、裂隙極發(fā)育,風(fēng)化物充填,用手可折斷,干鉆難以鉆進(jìn),錘擊聲啞,巖芯呈碎塊或碎石狀,塊徑多為2~9cm,RQD=0。

    第③層中等風(fēng)化玄武巖(Q2β):深灰、灰黑色,主要礦物成分為斜長石、橄欖石、輝石及角閃石等組成,隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),氣孔狀~致密狀構(gòu)造,呈無規(guī)律雞窩狀分布,強(qiáng)度不均勻,局部裂隙發(fā)育,錘擊聲較清脆,巖芯較完整,呈短柱~長柱狀,長度為5~125cm,RQD=20~75。

    第④層粉砂(Q 1m):深灰、灰色,飽和,中密狀,局部密實狀,以粉砂為主、次為中砂、細(xì)砂,顆粒成分為石英質(zhì),亞圓形,含貝殼碎屑,級配不良,細(xì)粒土約20~30%。

    第⑤層中等風(fēng)化玄武巖(N2β):深灰、灰黑色,主要礦物成分為斜長石、橄( )欖石、輝石及角閃石等組成,隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),氣孔狀~致密狀構(gòu)造,呈無規(guī)律雞窩造分布,錘擊聲較清脆,巖芯較完整,呈短柱~長柱狀,長度為20~80cm,RQD=50~70。

    第⑥層粘土(N2):灰色,黃色,可~硬塑狀,切面有光澤,具水平層理,局部夾薄層砂。該層在整個場地均有分布。

    本場地內(nèi)存在兩層中風(fēng)化玄武巖(較硬巖),由于該地段火山巖成巖時間差距較大,且火山巖噴發(fā)形狀難于明確,且擬建工程為超過32層的超高層建筑,基礎(chǔ)的地基持力層選擇非常重要。

    根據(jù)鉆孔手段的勘察結(jié)果,場區(qū)內(nèi)局部地段第③層中風(fēng)化玄武巖的層面連線成傾斜狀,難于確定該層的確定深度,加密鉆孔進(jìn)行勘察,成本增加較大,經(jīng)研究分析后,采用了高密度電法物探法進(jìn)行探查。

    3.2 試驗結(jié)果分析評價及應(yīng)用

    通過對外業(yè)獲得的測深視電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)處理、成圖解釋,利用先進(jìn)的二維反演軟件進(jìn)行多次迭加求導(dǎo)等數(shù)據(jù)處理分析方法,并結(jié)合場地的鉆探資料對比分析,計算出每個測點處的覆蓋土層的厚度、基巖頂板的埋深及是否有孤石密集區(qū)分布。

    結(jié)論:

    海南島北部灣、瓊北地區(qū)由于第四系火山活動頻繁(分3-4期),玄武巖噴發(fā)區(qū),玄武巖多期噴發(fā),形成巖(玄武巖)與土層(殘積土與風(fēng)化帶)交替出現(xiàn)的特殊巖土層結(jié)構(gòu),造成場地巖土工程條件極為復(fù)雜,依靠傳統(tǒng)的勘察手段,很難全面查清場地特殊的工程地質(zhì)條件,而高密度電法物探技術(shù)恰好能填補(bǔ)鉆探在這方面的不足,從而提高了勘察成果質(zhì)量。因此,只有根據(jù)場地巖土條件的特殊性,采取適宜的綜合勘察手段,優(yōu)勢互補(bǔ),各取所長,才能提高巖土工程勘察水平。

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