地质雷达在吹填造陆道路建设中的应用
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摘要：在汕头东海岸新城区围海造地建设中，因填砂层、吹填淤泥层、原海床地层的分界线难以确定，道路建设中沉降值及沉降随时间的关系计算误差大，难以控制。通过静力触探、地质钻探、地质雷达三种方式的对比分析，地质雷达与静力触探测试的分层结果符合较好，且成本较低。研究认为，通过地质雷达确定的土层分层来计算道路沉降，与实测数据较为一致，能用于指导工程施工。
关 键 词：地质雷达；沉降；吹填造陆；道路
1前言
随着世界人口数量的急增，人类活动空间不断扩大世界范围内城市特别是港口城市可利用的土地资源越来越少，从上个世纪开始世界范围内开始进行着大面积的围海造陆工程。我国沿海城市的围海造陆也在大力开展，在围海造陆的过程中，沉降控制是一个较为关键的问题。张全威（2012年）通过有限元法对胶州湾产业新区围海堤工程进行了模拟和分析，对海堤施工中的位移特性及边坡稳定性进行了研究，但得出的结论和工程实际不大相符，可靠性不够[1]。迟朝明（2013年）对青岛围海堤工程软土地基处理工程进行了研究，对现场路基沉降实测数据进行整理分析，得出针对现场地质情况下的地基变形规律，并通过变形规律确定现场施工指标[2]。但是对现场地质进行详细地勘探和原位测试，存在耗时长、费用大的问题。
李志佳（2013年）对惠州市大亚湾石化区D1、D2配套海堤地基采用了地质雷达探测分析，认为地质雷达探测在分析海堤底淤泥及抛填层厚度的工作中，效果很好[3]。李大心（1996） [4]、薛建、田刚等（1997） [5]、刘敦文、徐国元等（2004） [6]分别研究了地质雷达在公路建设中的应用研究，认为地质雷达在路基工程质量检验中，应用效果较好，能满足工程需要。在汕头东海岸新城区围海造地建设中，因填砂层、吹填淤泥层、原海床地层的分界线难以确定，道路建设中沉降值及沉降随时间的关系计算误差大，难以控制。通过静力触探、地质钻探、地质雷达三种方式的对比分析，地质雷达与静力触探测试的分层结果符合较好，且成本较低，能用于指导工程施工。
2土层厚度的测试对比分析
汕头东海岸新城项目包括水利和市政两大部分，涉及兴建海堤、吹填造陆、内河涌、泵闸站以及市政管网、主次干道、连接桥梁等多项工程内容。
测试试验段位于汕头东海岸新城WE3路，两个路段，分别为L0+252～L0+292、L0+370～L0+410。图1为L0+272断面上JT1号静力触探点的比贯入阻力Ps随深度z的变化曲线图，图2为L0+272断面的地质雷达测试图，图中竖线为JT1号静力触探点所在位置。
分别采用单桥静力触探、地质钻探法、地质雷达法对6个断面12个点位进行了土层分布测试。地质雷达型号为sir-20型探地雷达，雷达天线频率为40mhz。三种方法测试的砂层厚度见表1。
由表1 可以看出，各个测试点位的不同方法的测试值，比较接近；总体说来，地质雷达法的测试值和静力触探法的较吻合，都比地质钻探法的测试值小。
因为松散砂层钻探取芯是非常困难的，松散砂层几乎全由粗、中、细砂组成，极为分散，遇水又极易流失，无胶结力，钻孔极易坍塌。在这种地层中钻进要解决两个问题，一个是钻孔护壁。保证钻孔结构完整；一个是防止钻进中产生涌砂现象。在戈壁和沙漠地区，如新疆吐鲁番铀矿区、罗布泊环境科学区钻探存在的主要问题是，在胶结松散、振动易碎的地层中，取心率很低（10-30%），往往使地层被误判，上下层位被颠倒。这些问题一直困扰着钻探界的技术人员，曾特邀乌兹别克钻探专家伊万来华指导，但也无好的办法。伊万先生说“松散砂砾石层钻进取芯，前苏联钻探界曾投入大量人力、物力、历时30多年，至今未找到很好的方法。”
静力触探主要适用于粘性土、粉性土、砂性土。静力触探适用于地面以下50m内的各种土层，特别是对于不易取得原状土的饱和砂土和高灵敏度的软粘土地层的勘察，更适合采用静力触探进行勘察，来划分土层及土类判别。
综合分析，认为地质雷达法测试的优点是能描绘出整个断面的深度随位置的关系曲线；从测试方法上来说，地质钻探法对于松软、饱水砂层，存在钻孔极易坍塌、地层分界线被误判的问题，且测试费时、费用高，且测试的是少数几个点位的砂层厚度，代表性不强；从测试原理上而言，静力触探非常适用于原状土的饱和砂土和高灵敏度的软粘土地层的勘察，测试结果精确，但测试费时、费用高，且测试的是少数几个点位的砂层厚度，代表性不强。
由表1可以看出，采用地质雷达法来对填筑砂层和吹填层进行分层分析，具有足够的准确度。
3 沉降观测及计算对比分析
汕头东海岸新城WE3路，采用在已填筑的砂层上逐渐往前推进的填筑方式，每个断面的填筑在较短时间内就完成了，可以视为一次填筑。根据吹填前的地质勘探所得各地层的分布和参数，以及以上试验断面用地质雷达法所测试的吹填淤泥和填砂层的厚度，对6个断面的总沉降量及沉降s随时间t的关系，进行了计算。总沉降量计算采用分层总和法，沉降s随时间t的关系采用太沙基一维固结理论。计算方法如下：
在试验路段，也进行了沉降观测。沉降观测采用沉降板，因填砂层底是淤泥层，淤泥层不能承受沉降板的重量，故在淤泥层顶放置沉降板，没有意义。故在填砂层完毕后，沉降板放置在填砂层顶，并加以保护和固定，保证沉降板不受潮汐和雨水的影响，且能随基底一起沉降。沉降观测数据至今已逾一年，观测结果如图5、图6所示。
沉降观测值和各种沉降计算结果如表2所示。可以看出，按地质雷达法测试的土层分布计算的填筑后365d的沉降计算值，和沉降实测值比较接近，误差在10～44mm之间，6个断面的平均误差为20.3mm；按地质钻探法测试的土层分布计算的填筑后365d的沉降计算值，和沉降实测值误差较大，误差在19～82mm之间，6个断面的平均误差近50mm。
4 结论
采用地质雷达法来对围海造陆中的土层分层测试，具有较高精度，与静力触探法相比效率高，成本较低，且能显示全断面的土层分层；地质钻探法在松散砂层中钻探取芯困难，导致土层分层的误差较大，从而导致沉降计算误差较大。测试分析对比结论，能对相类似工程提供借鉴参考。
参考文献
[1]张全威. 胶州海湾围海堤道路施工过程稳定性数值模拟分析[D]. 长沙：长沙理工大学，2012.
[2]迟朝明. 胶州湾滩涂区围海堤地基沉降规律分析[D]. 济南：山东大学，2013.
[3]李志佳. 地质雷达探测技术在检测海堤防护质量工作中的应用[J]. 城市建设理论研究， 2013，22（2）：40～44.
[4]李大心. 公路工程质量的探地雷达检测技术[J]. 地球科学，1996，21（6）：661～663.
[5]薛建，田钢，谭笑平，等. 地质雷达在高速公路质量检测中的应用[J]. 世界地质， 1997，16（2）：100～104
[6]刘敦文，徐国元，黄仁东，等. 探地雷达在公路建设中的应用研究[J]. 公路交通科技， 2004，21（5）：32～35.