高密度電法在巖溶地區(qū)橋梁基礎(chǔ)勘察中的應(yīng)用

胡俊杰

(安徽工程勘察院，安徽 合肥 230011)

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高密度電法在巖溶地區(qū)橋梁基礎(chǔ)勘察中的應(yīng)用

胡俊杰

(安徽工程勘察院，安徽 合肥 230011)

巖溶是工程建筑中頻繁遇到的一種典型的地質(zhì)災(zāi)害，它給工程建筑安全帶來(lái)了極大的安全隱患。高密度電法采用陣列布極，同時(shí)完成縱、橫雙向二維勘探過(guò)程，以分辨率高、數(shù)據(jù)量豐富、成本低等優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于工程勘察中，通過(guò)工程實(shí)例探討了高密度電法在解決巖溶地區(qū)橋梁基礎(chǔ)勘察中的應(yīng)用效果。

高密度法；巖溶勘查；橋基勘察

灰?guī)r為可溶性碳酸鹽巖，溶蝕溶洞發(fā)育是灰?guī)r地層區(qū)較為突出的特點(diǎn)。工程領(lǐng)域中巖溶發(fā)育大部分可視為不良地質(zhì)體，是一種典型的地質(zhì)災(zāi)害。溶洞的存在易引起地基變形、地基不均勻沉降、地基滑動(dòng)和地面塌陷，對(duì)工程建筑領(lǐng)域影響尤為重要。隨著我國(guó)建設(shè)力度的加大，各種橋梁建筑不斷增多，為保障橋梁的安全，必須探明地下地質(zhì)情況，對(duì)應(yīng)的快捷、經(jīng)濟(jì)、無(wú)損的物探勘查方法也被運(yùn)用的越來(lái)越多。

高密度電法是巖溶勘查最有效的方法之一，它是在常規(guī)電法的基礎(chǔ)上改進(jìn)的一種方法，實(shí)現(xiàn)一次陣列布極，完成縱、橫雙向高分辨率二維勘探過(guò)程，既能反映地下某一深度沿水平方向巖土體的電性變化，同時(shí)又能提供地層巖性沿縱向的電性變化情況[1]，具有數(shù)據(jù)量豐富，分辨率高，成本低等特點(diǎn)，目前在工程地質(zhì)勘察、地質(zhì)災(zāi)害檢測(cè)、金屬與非金屬礦產(chǎn)等各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，解決了諸多實(shí)際問(wèn)題，產(chǎn)生了極大的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。

1　高密度電法工作原理

高密度電法的基本工作原理與常規(guī)電阻率法大體相同，以巖土體的電性差異為基礎(chǔ)，研究在施加電場(chǎng)的作用下，地下傳導(dǎo)電流的變化分布規(guī)律，推斷地下具有不同電性差異的地質(zhì)體或構(gòu)造的賦存情況[2,3]。高密度電阻率法是高精度的直流電法方法，它是集電剖面法和電測(cè)深為一體的一種地學(xué)層析成像技術(shù)，通過(guò)實(shí)行密集采樣來(lái)提高采樣率，并用“多次覆蓋”的方法提高信噪比。從工作布置上看，電極密度大是電阻率層析成像技術(shù) (ResistivityTomography) 區(qū)別于常規(guī)電阻率法的最大特點(diǎn)，它能在一個(gè)斷面上獲得多組數(shù)據(jù)，為電阻率成像提供了物質(zhì)條件，從而使得本方法具有觀測(cè)精度高，處理結(jié)果直觀的特點(diǎn)[4]。高密度電法工作原理如圖1所示。

圖1　高密度電法工作原理Fig.1　Operational principle of multi-electrode resistivity method

2　高密度電法工作裝置

高密度電法和傳統(tǒng)電法一樣，需要采用一定的電極裝置進(jìn)行觀測(cè)。而與直流電法不同的是，它的裝置是一種組合剖面裝置。常用的裝置包括：溫納裝置(α裝置AMNB)、偶極裝置(β裝置ABMN)、微分裝置(γ裝置AMBN)以及施倫貝謝爾裝置(α2裝置AMNB)[5]。而溫納裝置相比其他裝置而言，因具有受地表不均勻、旁側(cè)干擾小等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用，其探測(cè)效果較為理想。

3　高密度電法法在橋梁基礎(chǔ)勘察中的應(yīng)用

安徽某地公路改造中，在河流上游附近擬建一座橋梁貫通整個(gè)公路網(wǎng)，在橋梁基礎(chǔ)前期粗勘過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)巖溶發(fā)育并進(jìn)行注漿處理，在注漿過(guò)程中，出現(xiàn)砂漿下漏、四周巖土體崩塌的現(xiàn)象，為了確保橋基礎(chǔ)穩(wěn)定，須查明樁基周?chē)暗撞繋r溶發(fā)育情況及空間分布狀態(tài)，為后期樁基設(shè)計(jì)與施工提供科學(xué)的依據(jù)。

3.1查區(qū)地質(zhì)概況

查區(qū)地層主要有第四系坡積層黏土、砂卵礫石以及下伏基巖奧陶系下統(tǒng)侖山組塊狀致密灰?guī)r組成；前期工程鉆孔揭露淺部灰?guī)r風(fēng)化裂隙發(fā)育，沿節(jié)理面有鐵質(zhì)氧化物，鉆探提取物為柱狀、短柱狀，巖體較完整。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，本區(qū)處于隱伏的斷裂構(gòu)造的西側(cè)，灰?guī)r的巖溶裂隙相對(duì)較為發(fā)育。

3.2高密度電法剖面布設(shè)

結(jié)合測(cè)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征和本工程的目的任務(wù)，以橋梁基礎(chǔ)處布設(shè)2條平行剖面，線距20m，測(cè)點(diǎn)間距5m，每條剖面長(zhǎng)度均為300m。

3.3異常特征解釋

圖2為L(zhǎng)2線高密度反演剖面圖，L2線長(zhǎng)度300m，剖面方位0°。由圖2可以看出，在剖面的130～140、 145～165、 170～230點(diǎn)段的8～20m深度呈低阻閉合圈狀異常，解釋為巖溶發(fā)育，產(chǎn)狀由南向北傾斜，深度由南向北逐漸增加，且?guī)r溶發(fā)育地段均被后期低阻物充填；在140號(hào)點(diǎn)存在明顯的低阻下凹狀異常，推測(cè)為F1斷層的反映，走向近似東西，向北陡傾。

圖2　L2線反演剖面Fig.2　The inversion calculation figure of the L2 line

圖3為L(zhǎng)4線高密度反演剖面圖，L4線與L2線平行布置，剖面長(zhǎng)度300m，剖面方位0°。由圖3可以看出，在剖面的165～225點(diǎn)段的6～21m深度呈低阻閉合圈狀異常，解釋為巖溶發(fā)育，異常規(guī)模較大，深度由南向北逐漸增加，且?guī)r溶發(fā)育地段均被后期低阻物充填；在145號(hào)點(diǎn)存在明顯的低阻下凹狀異常，與L2線F1斷層異常類(lèi)型一致，推測(cè)為同一斷層F1的反映，走向近似東西，向北陡傾。

3.4鉆孔驗(yàn)證

為了驗(yàn)證物探解釋的準(zhǔn)確性，在L2高密度電法剖面上布設(shè)4個(gè)鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證(圖4)，鉆孔揭示與物探推測(cè)基本吻合，L2線巖溶發(fā)育產(chǎn)狀由南向北傾斜，深度由南向北逐漸增加，溶洞被流塑淤泥充填。

圖3　L4線反演剖面Fig.3　The inversion calculation figure of the L4 line

圖4　L2線地質(zhì)剖面Fig.4　The geological profile figure of the L2 line

4　結(jié)　論

1)高密度法相對(duì)于常規(guī)電法具有分辨率高、數(shù)據(jù)量豐富、成本低等特點(diǎn)，是一種快速有效的巖溶勘察手段。

2)高密度電法可廣泛應(yīng)用于初勘階段的巖溶勘察，在詳勘階段，該手段則可對(duì)鉆孔資料起到一種有益的補(bǔ)充和完善作用。

3)高密度電法由于測(cè)量原理、方法及技術(shù)的限制，在成果定量解釋時(shí)較為困難，常常只能確定異常中心，對(duì)于異常邊界準(zhǔn)確劃分，精度仍需提高。

[1]王興泰.工程與環(huán)境物探新方法新技術(shù)[M].北京:地質(zhì)出版社，1996.

[2]朱亞軍,王艷新.高密度電法與瞬變電磁法在地下巖溶探測(cè)中的綜合應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2012，9(6):738-742.

[3]羅延鐘,王傳雷,董浩斌.高密度電法的電極裝置選擇[J].地質(zhì)與勘查，2005，41(6):174-178.

[4]王紅兵.高密度電法在巖溶勘察中的應(yīng)用和研究[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2012，9(5):551-554.

[5]鄭冰,李柳德.高密度電法不同裝置的探測(cè)效果對(duì)比[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2015，12(1):33-39.

Application of Multi-electrode Resistivity Method in Karst Region Bridge Foundation Investigation

Hu Junjie

(Anhui Engineering Exploration Institute, Hefei Anhui 230011, China)

Karstisatypicalgeologicaldisastersfrequentlyencounteredinengineeringandconstruction,itgivesatremendoussecurityriskinengineeringconstructionsafety.Multi-electroderesistivitymethodusesanarrayofclothpole,whilecompletingverticalandhorizontalbi-dimensionalexplorationprocess,withhighresolution,richdatavolumeandlowcostiswidelyusedinengineeringinvestigation,thepaperdiscussestheengineeringexamplemulti-electroderesistivitymethodkarstareabridgefoundationinresolvingreconnaissanceeffect.

multi-electroderesistivitymethod;karstexploration;bridge-basedsurvey

1672—7940(2016)03—0304—03

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.03.009

胡俊杰(1987-)，男，工程師，主要從事地球物理勘探和研究工作。E-mail：690806206@qq.com

P631.3

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2016-01-14