采用探地雷达及静力触探仪联合勘测吹填砂量的方法

摘要

一种采用探地雷达及静力触探仪联合勘测吹填砂量的方法，在单元测区的各计划测线上选取参照点；获取整个吹填区吹后地形图；采用探地雷达测各计划测线的地质剖面图，记录各参照点处吹填层与原地层分界面时窗深度；采用静力触探仪测得各参照点处土层的比贯入阻力随深度变化曲线，记录各参照点处吹填层与原地层分界面深度；计算各参照点吹填砂层介电常数，计算各测区的介电常数；将任一测区的吹填砂层介电常数输入探地雷达数据后处理软件，得各测线的分界面深度，计算出该测区吹填方量；计算所有测区的吹填方量，汇总得到整个吹填区吹填方量。本发明开辟了一种新的地层分层识别技术，可在缺少吹填区吹前地形资料的情况下，有效勘测吹填砂量。

说明书

技术领域

 本发明涉及工程勘测领域，尤其是河道采砂管理用的吹填砂量测量方法，具体地说是一种采用探地雷达及静力触探仪联合勘测吹填砂量的方法。

 

背景技术

河道采砂管理涉及面广，兼具长期性和复杂性，难度很大，不仅事关河势稳定、防洪和通航安全，更事关经济社会和谐发展，加强采砂管理能力建设，不断提升管理水平十分重要。运用经济手段对采砂行为进行调控是加强采砂管理的重要途径，依法、合理、规范征收河道砂石资源费，是防止不合理开采和砂石资源流失的重要措施。而提高砂石资源的计量勘测技术水平将有助于合理、规范征收河道砂石资源费，进一步促进河道采砂的有效管理。

目前，河道砂石资源费的征收主要是以采砂吹填的方量作为计算依据的。对吹填区域进行吹填前、后地形测量来确认开采总量是一个较为科学的办法，而且技术较为成熟。但是在实际工程类采砂过程中，由于种种原因，常常无法获取到吹填区域吹填前的地形资料，这就为最后的吹填砂石方量的计算和资源费的征收带来了困难。探地雷达及静力触探联合勘测吹填砂量技术则为吹前地形资料缺失的情况下的吹填砂石方量勘测开辟了一条新的技术途径。

 

发明内容

本发明的目的是针对河道采砂管理中吹填砂石方量难以计算的问题，提出一种采用探地雷达及静力触探仪联合勘测吹填砂量的方法。某些采砂吹填工程在未履行报批手续的情况下就实施吹填施工，导致吹填区域的吹前地形无法获得，仅凭吹后地形资料无法计算出吹填方量，从而无法合理征收砂石资源费。如果能够在吹填施工已完成的情况下勘测出吹填层与原地层的分界面，就可以测算出吹填方量，从而达到了合理征收砂石资源费的目的。

本发明的技术方案是：

一种采用探地雷达及静力触探仪联合勘测吹填砂量的方法，它包括以下步骤：

（1）、在吹填区的各单元测区的各计划测线上选取若干个参照点；

（2）、获取整个吹填区吹后地形图；

（3）、采用探地雷达沿各计划测线测得相应的地质剖面图，记录各参照点处吹填层与原地层分界面时窗深度即反射波行程走时；

（4）、采用静力触探仪测得各参照点处土层的比贯入阻力随深度变化曲线，记录各参照点处吹填层与原地层分界面深度即分层面深度；

（5）、计算各参照点吹填砂层介电常数，在各测区内，取各参照点吹填砂层介电常数的平均值作为相应测区内吹填砂层的介电常数； 

（6）、将任一测区的吹填砂层介电常数输入探地雷达数据后处理软件（型号可为RANDAN6.6），依次对该测区内各测线的地质剖面图进行处理，获得各测线吹填层与原地层分界面深度，计算出该测区吹填方量（根据分界面深度计算吹填方量采用本领域的常规计算方法）；

（7）、重复步骤（6）计算所有测区的吹填方量，将各测区吹填方量汇总，计算整个吹填区吹填方量（根据各测区的吹填方量计算整个吹填区吹填方量采用本领域的常规计算方法）。

本发明的步骤（1）具体包括：根据吹填区面积大小将其划分为若干个单元测区，在各测区等间距布置若干条计划测线，在各测线上选取若干固定点作为参照点。

本发明中，吹填区的吹填层厚度不大于8m，单元测区面积不大于0.1km²，各单元测区由计划测线分开，各测区的计划测线布置以垂直于吹填区围堤轴线为宜，其间距不大于50m，每条测线选取作为静力触探测点的参照点为2~3个。

本发明中，将吹填区平均划分为若干个单元，如果经调查某一单元内原地层存在地形变化急剧的地貌，则减小该单元的面积到该地貌变化至地形平缓处为止；所述地形变化急剧的地貌包括河涌、沟槽。

本发明的步骤（2）具体包括：采用GPS系统沿计划测线进行等间距定点测量，并在各参照点处打标记录，对GPS测量数据采用南方CASS成图系统处理获得各测区及整个吹填区吹后地形图。

本发明的步骤（3）具体包括：采用探地雷达以剖面测量方式沿各计划测线测得相应的地质剖面图，并在各参照点处同样打标记录，根据剖面图数据处理后的波形特征划分吹填层与原地层，得到吹填层与原地层分界面的时窗深度即反射波行程走时，单位：纳秒。

本发明的步骤（4）具体包括：将各单元测区计划测线上选取的参照点作为静力触探测点，采用静力触探仪测得该处土层的比贯入阻力随深度变化曲线，通过曲线上的显著拐点确定触探点吹填层与原地层分界面的深度即分层面深度，单位：米。

本发明的步骤（5）具体包括：

（a）、将静力触探所测参照点的分层面深度与同位置探地雷达所测时窗深度代入下述公式进行计算，得到该参照点的电磁波传播速v，

，

其中：t—分层面时窗深度即反射波行程走时；z—吹填层与原地层分界面深度即分层面深度；x—探地雷达发射天线与接收天线之间距离，为固定值；

（b）、采用下述公式计算该参照点的吹填砂层介电常数；

，

其中：v—电磁波传播速度；c—光速；ε—介电常数；

（c）、重复步骤（a）-（b），同理计算出任一测区内其他参照点的介电常数，取其平均值作为该测区内吹填砂层介电常数；

（d）、重复步骤（a）-（c），得到吹填区的各单元测区吹填砂层介电常数。

本发明的有益效果：

本发明开辟了一种新的地层分层识别技术，可在缺少吹填区吹前地形资料的情况下，有效勘测吹填砂量。采用探地雷达与静力触探联合勘测技术获得的吹填方量与地形测量方量相对误差总体上可控制在5%以内。该发明对堤防、路基等各类土方工程的分层及计量勘测也适用。

 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

一种采用探地雷达及静力触探仪联合勘测吹填砂量的方法，它包括以下步骤：

（1）、根据吹填区面积大小将其划分为若干个单元测区，在各测区等间距布置若干条计划测线，在各测线上选取若干固定点作为参照点；

（2）、采用GPS系统沿计划测线进行等间距定点测量，并在各参照点处打标记录，对GPS测量数据采用南方CASS成图系统处理获得各测区及整个吹填区吹后地形图；

（3）、采用探地雷达以剖面测量方式沿各计划测线测得相应的地质剖面图，并在各参照点处同样打标记录，根据剖面图数据处理后的波形特征划分吹填层与原地层，得到吹填层与原地层分界面的时窗深度即反射波行程走时，单位：纳秒；

（4）、将各单元测区计划测线上选取的参照点作为静力触探测点，采用静力触探仪测得该处土层的比贯入阻力随深度变化曲线，通过曲线上的显著拐点确定触探点吹填层与原地层分界面的深度即分层面深度，单位：米；

（5）、计算各参照点吹填砂层介电常数，在各测区内，取各参照点吹填砂层介电常数的平均值作为相应测区内吹填砂层的介电常数，具体包括：

（a）、将静力触探所测参照点的分层面深度与同位置探地雷达所测时窗深度代入下述公式进行计算，得到该参照点的电磁波传播速v，

，

其中：t—分层面时窗深度即反射波行程走时；z—吹填层与原地层分界面深度即分层面深度；x—探地雷达发射天线与接收天线之间距离，为固定值；

（b）、采用下述公式计算该参照点的吹填砂层介电常数；

，

其中：v—电磁波传播速度；c—光速；ε—介电常数；

（c）、重复步骤（a）-（b），同理计算出任一测区内其他参照点的介电常数，取其平均值作为该测区内吹填砂层介电常数；

（d）、重复步骤（a）-（c），得到吹填区的各单元测区吹填砂层介电常数；

（6）、将任一测区的吹填砂层介电常数输入探地雷达数据后处理软件（型号可为RANDAN6.6），依次对该测区内各测线的地质剖面图进行处理，获得各测线吹填层与原地层分界面深度，计算出该测区吹填方量（根据分界面深度计算吹填方量采用本领域的常规计算方法）；

（7）、重复步骤（6）计算所有测区的吹填方量，将各测区吹填方量汇总，计算整个吹填区吹填方量（根据各测区的吹填方量计算整个吹填区吹填方量采用本领域的常规计算方法）。

本发明的步骤（1）中，吹填区的吹填层厚度不大于8m，单元测区面积不大于0.1km²，各单元测区由计划测线分开，各测区的计划测线布置以垂直于吹填区围堤轴线为宜，其间距不大于50m，每条测线选取作为静力触探测点的参照点为2~3个。

本发明中，将吹填区平均划分为若干个单元，如果经调查某一单元内原地层存在地形变化急剧的地貌，则减小该单元的面积到该地貌变化至地形平缓处为止；所述地形变化急剧的地貌包括河涌、沟槽。

该发明采用探地雷达及静力触探设备对已完成施工的吹填区域进行勘测，通过两种不同工作原理设备的结合应用，来达到勘测出吹填层与原地层分界面的目的。探地雷达通过发射并接收从各土层反射回来的电磁波，完成探测土体的层次结构。吹填区原地层与吹填砂层介电常数通常有明显差异，分层面可被探地雷达连续性探测并识别，但需要进行相关参数标定方可获得正确的分层面深度位置。静力触探利用触探阻力原理，可直接对土体进行力学分层，但所测结果是以点代面，用作宏观统计不够科学，同时操作过程费时费工，成本较高。将探地雷达及静力触探联合应用则可发挥各自的优点：采用探地雷达沿测线测得连续的地层剖面，实现吹填层与原地层划分；采用静力触探验证土层划分，将得到的触探孔位置的分层面深度与同位置探地雷达数据对比，标定该区吹填砂层介电常数；再应用于探地雷达数据解释，获得该区各测线吹填层面深度数据，汇总计算吹填方量。

该发明开辟了一种新的地层分层识别技术，可在缺少吹填区吹前地形资料的情况下，有效勘测吹填砂量。采用探地雷达与静力触探联合勘测技术获得的吹填方量与地形测量方量相对误差总体上可控制在5%以内。该发明对堤防、路基等各类土方工程的分层及计量勘测也适用。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。