電阻率層析成像系統(tǒng)在探測(cè)地下空洞中的應(yīng)用

【摘要】為了快速解決笩板下地基有空洞的缺陷，采用電阻率層析成像系統(tǒng)探測(cè)空洞，并與傳統(tǒng)的鉆孔勘探相比較，以便用灌漿回填使地基強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，且保證工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量、安全、進(jìn)度。

【關(guān)鍵詞】地下空洞、電阻率層析成像系統(tǒng)、全站儀、 鉆探、比較

0 引言

隨著我國(guó)房地產(chǎn)市場(chǎng)的發(fā)展，需要在各種不同的復(fù)雜的地質(zhì)條件下展開(kāi)各種不同的建筑施工作業(yè)，地質(zhì)勘探的方法也是多種多樣。筆者以中東地區(qū)卡塔爾主題公園項(xiàng)目為實(shí)例，重點(diǎn)闡述如何發(fā)現(xiàn)疑似空洞缺陷，并采用電阻率層析成像技術(shù)快速確認(rèn)笩板下方地質(zhì)空洞缺陷的位置和大小，為以后此類工程活動(dòng)提供經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

卡塔爾主題公園項(xiàng)目位于多哈E環(huán)路與拉基瑪大街相交處，臨近多哈老機(jī)場(chǎng)，其總占地面積17540平方米，建筑面積12341平方米。它主要由地下一層（占地5297平方米）、地上三層的主建筑裙房、觀光塔樓（45米高）、變電站以及周圍的綠化（Landscaping）等部分組成，其主要功能是向卡塔爾人民介紹節(jié)約用電、用水的科學(xué)知識(shí)。

2 疑似空洞的發(fā)現(xiàn)

2.1項(xiàng)目地質(zhì)條件

本工程地表覆蓋約0.3至1米褐色和淺褐色，表面光滑和粗糙的細(xì)砂，以及夾雜著為石灰?guī)r沙礫，面層以下約30米深的范圍內(nèi)是松散的土和風(fēng)化的、未風(fēng)化的石灰?guī)r，水位—7.5至—9.1米，無(wú)任何地下空洞（早期鉆探報(bào)告顯示）?；由?米， 5個(gè)電梯井坑浸入地下水位約1.5米。

2.2 空洞的發(fā)現(xiàn)

在開(kāi)挖至距離笩板底部20厘米的標(biāo)高時(shí)，發(fā)現(xiàn)基坑四周的邊坡和基坑底部有十幾處疑似空洞的縫隙，部分縫隙邊緣夾雜大面積的白色結(jié)晶物，且在基坑底部有一處當(dāng)使用破碎錘敲擊時(shí)下方會(huì)發(fā)出沉悶的回響。

3電阻率層析成像系統(tǒng)如何探測(cè)疑似空洞

3.1電阻率層析成像探測(cè)系統(tǒng)原理簡(jiǎn)介

一般來(lái)說(shuō)，層析成像就是從調(diào)查對(duì)象周圍的各個(gè)方向收集其內(nèi)部多量的投影數(shù)據(jù)，用其反應(yīng)內(nèi)部的物理特性分布的技術(shù)。電流在介質(zhì)中不是以直線流動(dòng)，而是沿電阻率最小路徑流動(dòng)。本工程使用的電阻率層析成像設(shè)備是有瑞典ABEM公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的Terrameter SAS 1000/4000系統(tǒng)，其原理是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量不同介質(zhì)的真電阻率的數(shù)據(jù)，然后導(dǎo)入計(jì)算機(jī)使用專業(yè)軟件構(gòu)建2D或3D模型并制作一個(gè)電阻率橫斷面，該過(guò)程不斷重復(fù)，直到該組合的目標(biāo)平滑約束的函數(shù)最小化。

另外，由于早期鉆探不能探明到地下懷疑的空洞，所以本工程采用ERT系統(tǒng)時(shí)需將2D轉(zhuǎn)化成3D以避免勘探再次不準(zhǔn)確。

該系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)硬件設(shè)備與配件為：1） 電阻率測(cè)量?jī)x2） 電纜 3） 不銹鋼電極桿 4） 專業(yè)電纜接頭 5） 橡膠錘

上述也是本實(shí)例現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)需要的所有設(shè)備和工具。

系統(tǒng)另有2D、3D不同專業(yè)建模成像軟件（3.54.532.14），2D軟件截面如下：

3.2電阻率層析成像系統(tǒng)探測(cè)空洞的工作過(guò)程：

1）平整場(chǎng)地，保證探測(cè)的開(kāi)始與結(jié)束范圍，按要求是需要探測(cè)基坑土面往下10米。

2）根據(jù)監(jiān)理批復(fù)的圖紙使用全站儀放出22條間距4米的平行線，作為探測(cè)的路徑。

（備注：全站儀放樣便于將空洞的準(zhǔn)確位置通過(guò)CAD軟件導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，進(jìn)而反映到基坑平面平面布置圖中，為后續(xù)的灌漿回填空洞提供可靠的數(shù)據(jù)。）

3）標(biāo)記并檢查ERT的完整范圍和位置是否符合設(shè)計(jì)要求，保證能探測(cè)到整個(gè)建筑范圍。

4）沿著一條標(biāo)記好的探測(cè)路徑上展開(kāi)一條50米長(zhǎng)的鋼卷尺。

5）用自噴漆標(biāo)記出3米間距的電極釬插入位置。

6）如果需要，在地面挖一個(gè)25厘米的小坑，在小坑里面灌上飽和的鹽水

混合物濕潤(rùn)周圍的土壤，以改進(jìn)電極與干燥土壤的連接，保證探測(cè)的連續(xù)性。

7）使用橡膠錘將不銹鋼電極桿敲入地下，使用專業(yè)接頭連接電纜和電極。

8）布置所有的層析成像所需的的勘探電纜線。

9）在儀器的內(nèi)置從左到右預(yù)設(shè)程序的電纜編號(hào)1，2，3和4，在電纜2和3的之間連接儀器，并使用專業(yè)的電纜接頭連接電纜（1和2）和（3和4）。

4 與傳統(tǒng)鉆探相比較的效果

4.1 覆蓋面廣、準(zhǔn)確度高

鉆探探測(cè)到的區(qū)域，由于受限與探孔的數(shù)量限制，只能準(zhǔn)確反映一個(gè)點(diǎn)的特性。ERT能探測(cè)一個(gè)完整的面域，其探測(cè)結(jié)果全面可靠，該實(shí)例的探測(cè)結(jié)果（本文3.3）和灌漿回填的工程量（本文3.4）就是很有說(shuō)服力的例證。

4.2 操作便捷、施工周期短

鉆探時(shí)大型設(shè)備進(jìn)場(chǎng)、撤場(chǎng)都需要?jiǎng)佑么笮瓦\(yùn)輸設(shè)備和不少的人力，且施工過(guò)程中噪音大，持續(xù)周期長(zhǎng)。在本實(shí)例采用ERT系統(tǒng)時(shí)，設(shè)備進(jìn)場(chǎng)只需一輛皮卡，一位實(shí)驗(yàn)員，兩名助手，3個(gè)工作日完成現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)，一周后得出探測(cè)報(bào)告。

5結(jié)語(yǔ)：此種辦法檢測(cè)地下空洞，相對(duì)于傳統(tǒng)的鉆探勘探無(wú)需鉆孔，準(zhǔn)確度高，儀器輕便，效率高，節(jié)約成本。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 馮銳，李智明. 《電阻率層析成像技術(shù)》.中國(guó)地震.2004

[2] 楊華， 李金銘.《電阻率層析成像方法技術(shù)近年發(fā)展概況》.中國(guó)地質(zhì)大學(xué).10083

[3] Arab Cent 實(shí)驗(yàn)室.《Geotechnical Investigation of KAP》.2010