SSP 物探法在桥梁桩基溶洞检测中的应用

张著伦 蒋忠良

（1.云南基础设施建设投资股份有限公司 650501；2.云南蓝达路桥技术咨询有限公司 650021））

0 引言

西南地区喀斯特地貌分布广泛，在该类地貌中地层溶洞较为发育，溶洞的存在对于桩基施工带来困难，同时降低桩基承载力，甚至给桥梁的安全运营带来隐患。目前，许多专家及工程师将物探技术应用于工程中溶洞检测进行了有益的探索：张志豪等[1]利用高密度电法、地质雷达法等综合物探法对某岩溶区工程项目的溶洞分布和发育情况进行了探测；马金彪[2]采用综合超前地质预报手段对岩溶问题突出的沪昆高铁中朱砂堡隧道进行应用，取得了良好的工程效果；李晓红等[3]采用物探及部分钻探结合的方法，对某跨线桥桩基础区域地层的溶洞及裂隙发育情况进行了研究；李俊杰等[4]采用地质雷达、高密度电法相结合的手段对某海堤桩基工程地层中的影伏块石进行了探测，为软土地区桩基施工提供了探测参考；胡让全等[5]采用跨孔地震CT 法、电阻率法、地震反射波法等6 种物探方法对广州市白云区金沙洲地面塌陷区域的溶洞以及构造破碎带进行了探测，为岩溶地质灾害区的建筑物安全评估提供了有力参考。

通过以上分析可知，目前研究人员采用多种物探方法对工程中的岩溶问题进行探测，取得了较好的成果。本文主要介绍SSP 路基地震物探法在桥梁桩基底部持力层溶洞检测中的应用情况，该方法可以在开挖后的施工平台上进行地层结构检测，不影响桩基施工，从而确保施工衔接与施工进度，对探明地下溶洞有实际意义。

1 工程概况

探测应用工点为某在建公路K19+575 大桥填桩基地层，该桥为跨越乡道及高填方路段而设计。该桥孔跨布置为：8×39+8×40 米T 型梁式桥，结构形式为先简支后连续，桥梁下部结构为重力式U 型桥台，桥墩采用双柱墩，基础采用钻孔灌注桩基础，为嵌岩桩类型。

桥位处于喀斯特地貌区，岩溶较为发育，沟床地形自然坡度相对较缓，桥梁中部跨越沟谷，起伏较大，沟谷以耕地、林地为主，林地植被稀疏。上覆红黏土，厚度一般 0.5～ 5m，分布不均；下伏中风化灰岩，溶洞对桥墩桩基有潜在危害。桥址区域地质构造总体属华夏式构造体系，由于受到东西向构造体系和华夏式构造体系的联合与干扰而呈弧形弯曲，但区域构造走向多趋于东西向。

2 SSP 路基地震物探法

工程物探是以地下地质体的物性差异为基础，通过仪器观测自然或人工物理场的变化，确定地下地质体的空间分布范围（大小、形状、位置等）及测定岩土体的物性参数，达到解决地质问题的一种物理探测方法。

SSP 路基地震物探系统主要由数据集中器、地震检波器、冲击源三部分组成，是工程物探法的一种类型，基于地下岩土体的物理性质不同，通过仪器观测自然或人工物理场的变化情况，据此判断地下地质体的空间情况。SSP地震散射是在地震反射基础上发展起来的新技术，利用地震波在非均匀介质中传播时遇到波阻抗变化激发出的散射波，来对差异界面位置及介质的波速进行精细成像。适用于洞穴、塌陷区、断层等不良地质区域地质探测，是路基岩层结构物探，岩溶空洞地层结构探测的有效方式。

SSP 物探法采集速度快、采样精度高，防水防尘，适合多种工况，特点如下：

（1）不破坏路面，不中断交通。对于桥梁桩基底溶洞检测，只需在开挖后的施工平台上进行地层结构检测，因其可探明一定深度和一定半径范围内的地层结构，对于具有群桩基础的桥梁桩底溶洞检测更为有利，可节省检测时间，不影响桩基施工进度安排，从而确保施工衔接与施工进度。

（2）分辨率高，探测深度大。该方法因使用冲击震源，其能量可以叠加，多个检波器获得数据丰富，探测范围更深更宽。

（3）对岩溶、空洞、孤石敏感。

（4）可提供地质界面和岩土波速分布。

3 桩基区域地层探测及结果分析

3.1 桩基区域地层探测

以该桥2#桥墩为例，应用SSP 物探法进行桩基溶洞检测，探测的目的是探测桩底 3 倍桩径深度内是否有溶腔，2#桥墩（右幅）横断如图1 所示。

图1.2#桥墩（右幅）横断图

SSP 物探法采集数据现场如图2 所示。

图2.SSP 现场探测布置图

3.2 探测结果图色说明

探测结果主要由地震偏移图与地震波速图组成，但主要以波速图为主，偏移图辅助验证。地震偏移图像是对反射、散射系数成像，反应地质结构的界面分布。反射/散射系数有正负、强弱之分。红色表示正，蓝色表示负，深红和深蓝表示反射/散射强。红色界面表示介质的波阻抗增加，蓝色表示介质波阻抗下降。地震波速图则表示地震波的反射传播速度，一般岩土坚硬，完整性好波速较快，土层及软岩，风化程度越高的岩层波速较慢。

3.3 桩基地层探测结果分析

桩基设计深度均为19 米，桩径为 1.9 米，即桩底 3 倍桩径深度范围为19-25 米深度。2#桥墩桩基测线地层波速分布图和地质偏移图如图3 所示。

图3.2#墩地层波速分布图和地质偏移

根据底层波速分布图和地质偏移图结果和现场地质情况知：

（1）右幅 2-1 桩基 22-25 米深度和左幅 2-1 桩基 23-26 米深度处存在溶腔。

（2）左幅 2-0 和右幅 2-0 桩底 3 倍桩径深度范围（19-26 米）内未见溶洞。

9#桩探测结果如图4 所示，通过分析可以得出：波速分布图中0～10m 为蓝色区，波速在 1000-1460m/s 之间，对应位置为上覆黏土层以及平台开挖后的碎石土回填层；10m～30m 为绿色至红色渐变区，波速由 1460m/s 增到2200m/s，该层为中风化基岩地层；埋深 30m 以下为红色区，波速在 2200m/s以上，对应为微风化-未风化层灰岩，波速高且均匀，承载力提高，地层稳定。

图4.9#桩基地层波速与地质偏移图

SSP 物探法只需在开挖后的施工平台上进行地层结构检测，不需要成孔后检测，因而不影响桩基施工进度安排。通过上述检测分析，为桥梁桩基施工及采取工程措施提供了依据。

12#桩探测结果如图5 所示，通过分析可以得出：波速分布图中0～6m 为蓝色区，波速在 1000-1340m/s 之间，对应位置为上覆黏土层以及平台开挖后的碎石土回填层；中部层埋深 6～30m 范围存在低波速异常区，图中椭圆圈出的区域为异常点，异常体为低波速体。上界面波阻抗高变低，蓝色界面；下界面波阻抗低变高，两界面之间为低阻区，此为异常体的位置，埋深分别为 9-18m、和 23-28m，推断主要为充填岩溶区，波速中等，不存在大的岩溶空腔；30m 以下底部波速增高且均匀，承载力提高，地层趋于稳定。桥墩桩基深度约 30m，对右幅 9b-0、右幅 9b-1 桩基存在一定影响，建议充填后再进行桩基浇筑。

图5.12#桩基地层波速与地质偏移图

4 结论

通过采用SSP 路基地震物探系统技术对该桥桥墩桩基地层进行了探测，通过分析地层的地震反射波速图以及地质偏移图的情况，可以准确地探明岩溶在桩底的埋藏深度；且该探测法探测时无须复杂的准备工作，探测过程由设备控制，简单快捷。综合来说采用该探测方法有利于指导施工提前做好应对措施，提高桩基施工质量，有效规避因溶洞产生的桩基质量问题。