浅析公路工程地质勘探中挖探技术的应用

摘要：挖掘机挖探的勘探方法是行之有效的方法，它不仅解决人工挖探速度慢、劳动强度大和不太安全的问题，还可以解决钻机搬迁困难和地下水下挖掘困难等问题，解决一些采用钻探方法很难查明的工程地质条件，保证公路工程地质勘探工作量和勘察深度，从而大大提高公路勘察设计的质量。挖掘机遍布全国各地，很容易获得，直接或稍加改进后就可以用来进行工程地质勘探工作，且使用费用较低，因此挖掘机挖探技术值得推广应用。因此，本文对公路工程地质勘探中挖掘机挖探技术的应用进行了研究。
 
关键词：公路工程 地质勘探 挖探技术 应用
中国分类号：TU71 文献标识码：A   文章标号：2095-2104（2012）03-0001-02
 
 
1 概 述
挖探属于探坑（井）、探槽的范畴，是查明地下工程地质情况最直观有效的勘探方法。挖探与一般的钻探相比，它的优点是揭露范围较广，地质人员能够直接观察到地质结构细节，准确确定地层分层界线和岩性，而且可以不受限制地从中采取接近实际的原状结构岩土试样，并可以用来做现场大型试验，尤其对研究软弱夹层和破碎带的空间分布特点、岩土工程性质等意义更大，另外它还有施工操作简单、需要施工人员数量较少、受地形地貌影响较小等特点。
近年来，随着挖掘机性能的不断提高，完全可以采用挖掘机来进行探坑（井）、探槽的施工，解决传统挖探存在的速度慢、劳动强度大、成本高和不太安全等缺点，使其和钻探一样，充分发挥其作用，成为公路工程地质勘探中最常用的方法之一。
2 工程概况
江西省某公路全线采用二级公路技术标准，全长 12.1km。桥梁 1090.2m/16 座，其中大桥 6 座，中桥 4座；涵洞312.6m/24 道；隧道 961m/4 座。在某公路的工程地质勘察中大量采用了挖掘机挖探的方法，取得了很好的经济技术效果。
3 挖掘机挖探技术
某公路 K0+400～K2+500 段布置有 10 座中小桥，沿路线1kM 河床落差达 50m，河床中普遍分布有 2m～5m 厚的卵石、砾石，砾石、卵石含量超过 50%，含漂石、块石，河床深槽中常年有水，但水深在非雨季一般为0.5m～1.0m。河谷地形上高差较大，离公路较远，交通不便。勘探如采用钻机钻探，钻机搬迁非常困难，搬迁的时间甚至超过钻进的时间。由于卵石、砾石的大量存在，钻机钻进时需要采用厚壁套管跟进、泥浆冲洗、复合钻头钻进，钻进效率差，每班次进尺只有2m～4m。这样每座桥勘探需要至少 3d天时间。因山区工程地质条件往往变化很大，在公路建（构）造物基础范围内，钻孔移动 1m 的位置，工程地质条件往往变化，如岩石的埋深相差有时就达 2m~3m，甚至出现相差达10m 的情况。另外，卵石、砾石的分布往往不均匀，经常有透镜体出现，采用钻探往往难以查清公路建（构）造物基础范围内的工程地质条件。为了加快勘探进度、减小费用、提高勘探有效性，我们决定采用挖掘机挖探方法。
勘探用的挖掘机，不需要对工程施工用的挖掘机进行特殊改造，可以直接调用。我们调用了当地的一辆小型履带式挖掘机，沿河道一直开上去，沿河对桥位逐个进行挖探。采用小型履带式挖掘机，主要是适应河道狭窄时挖掘机的通行。履带式挖掘机适应复杂地形的通行，河道中有不太深的水也能通过。挖掘机到达桥位处，首先平整一个平台作为挖掘机操作平台，然后对桥墩台处土、石进行挖掘。探坑的范围以大于桥墩台范围为佳，这样可以全面查清墩台范围内基岩岩面起伏情况，但由于受到地形的影响，探坑的具体范围可以根据现场条件确定。根据预测的挖深及岩土性质，采取放坡或不放坡措施。实际上采取挖掘机施工技术即可，不同的是地质技术人员要事先大致预测探坑范围内工程地质条件，对挖掘机操作人员具体交代注意事项。挖掘时要采取慢挖、一次性挖土（岩）量要少的原则，以查明工程地质条件为主要目的。
对挖上的岩、土，在挖斗里时，在确保挖掘过程中扰动很小的情况下，可以采取原状岩、土试样，可以进行原位测试。在探坑里没有地下水或地下水很少、坑坡比较稳定，在确保人身安全的情况下，可以下到探坑里进行观察、取岩土试样、进行原位测试。
挖掘过程中，对挖上的岩土及挖坑里的情况进行观察和记录。观察和描述的内容主要有：岩性、成分、结构构造、厚度、第四系和基岩的分界线、岩石的风化特点及风化壳分布以及地下水渗水点位置、特点、涌水量大小等等。对地层分界线等特征点、线、面，用测量仪器进行量测。
一般情况下岩石面在1.5m～4m 左右，一个探坑 0.5h~3h就能挖好。对于一些岩石面埋藏较深的地方，如大于 5m，如果挖上来的土质均为卵石，结构比较均匀，密实度较高，亦满足桥梁扩大基础的承载力要求，不再深挖或采用钻探方法。如果土质较差，不满足桥梁扩大基础的承载力要求，则还需要采用其它办法勘探，挖探为初步确定基础型式也起到了一定的作用。
某公路10座中小桥，采用挖掘机挖探方法，平均每座桥仅用1d时间就将工程地质条件查清楚。有3座岩石埋藏深度只有1.5m～2m的桥位，半天时间就将每个桥位2个桥台位置工程地质条件查清楚。挖掘机挖探查清工程地质条件情况后，还可以很方便地及时回填探坑，从而避免对环境的破坏和水土流失。在K5+500～K6+800段6座大桥勘探中，也较多采用了挖掘机挖探的方法。每座桥位布置 2 个钻孔，在钻孔里进行原位测试、采取岩土试样，作为控制性勘探孔，控制勘探深度，其余用挖掘机挖探，加快了勘探进度，减小了费用，并提高了勘探的有效性。
采用挖掘机在山区进行公路工程地质勘探具有广泛的应用前景。它不仅解决人工挖探速度慢、劳动强度大和不太安全的问题，还可以解决钻机搬迁困难和地下水下挖掘困难等问题。如宁国市港口镇开发区道路工程处于微丘地带，地势起伏大，地层为粘性土，局部混卵石、砾石。为了查明工程地质条件，为管道及道路设计提供资料，如采用钻机钻探，钻机搬迁难度很大。采用履带式挖掘机挖探，容易就位；挖探深度超过道路埋置的管道与涵洞的深度，即2m～3m 深度，效率很高。
大功率的挖掘机不仅可以挖动卵石、碎石土，而且可以挖动极软岩、软岩（风化岩石）甚至较坚硬岩，可以采取岩样，加上特殊装置后，可以采取岩芯和进行原位测试。至于挖掘深度，市场上有一款22m 长臂挖机，最大外伸挖掘范围为 21.6m，最大挖掘深度 16.5m。如用来进行工程地质勘探，可以满足山区公路路线、路基及中小桥梁的勘察，对于基岩埋藏不深的大桥及隧道亦可采用其配合工程物探、钻探进行勘探。
挖掘机挖探不仅在山区公路工程地质勘探中，在平原地区也有广泛的用途。在公路路基、路堤、路堑、小型建（构）筑物勘探中，勘探深度一般不是很深，采用挖掘机挖探，工程地质勘探的效率高。如宿州至扬州高速公路天长段公路工程地质勘探中广泛应用挖掘机挖探。例如在沿线筑路材料料场勘探中，为了取得不同深度的土料进行室内击实试验，由于需要的土料量较大，以往采用钻探方法，需要在同一地方钻几个甚至 10 几个钻孔，钻取不同位置的土料，很费时间，所取土料质量还不高。采用挖掘机挖探，很容易取得不同深度的土料，数量和质量都能得到保证，对地下水情况也查的很清楚。
 
参考文献：
[1] JTGC20- 2011,公路工程地质勘察规范[S].北京：人民交通出版社，2011.
[2] JGJ 87- 92,建筑工程地质钻探技术标准[S].北京：中国建筑工业出版社，1992.
[3]常士骠，张苏民，等.工程地质手册（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.