高密度電法探測(cè)在復(fù)雜地質(zhì)條件下樁基工程中的應(yīng)用初探

劉 歡

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

我國(guó)國(guó)土面積遼闊不同地區(qū)地質(zhì)條件構(gòu)成差異性相對(duì)較大，尤其在一些地質(zhì)條件比較復(fù)雜的環(huán)境下進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生各種困難問(wèn)題。傳統(tǒng)的地質(zhì)勘查工作方法，無(wú)法滿足樁基礎(chǔ)的施工精度和質(zhì)量要求，而高密度電法屬于一種陣列勘探工作方法，在野外測(cè)量工作過(guò)程中只需要將全部的電極直接設(shè)置在測(cè)量點(diǎn)位上，然后通過(guò)使用程控電極轉(zhuǎn)換收集以及自動(dòng)化處理，當(dāng)測(cè)量工作結(jié)果輸入到微機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中之后，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行二次處理，有效給出關(guān)于地電斷面分布的各種物理解釋工作結(jié)果。因此，高密度電阻率勘測(cè)技術(shù)的合理應(yīng)用和發(fā)展，使得電法勘探工作的智能化得到了全面提升，在各大工程地質(zhì)勘探工作中發(fā)揮出的作用和優(yōu)勢(shì)非常明顯。根據(jù)砂土軟弱層和巖層電阻率差異性比較明顯的特點(diǎn)，通過(guò)使用高密度電法探測(cè)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)更加科學(xué)、詳細(xì)和精確地探測(cè)出工程施工基底部分的巖層結(jié)構(gòu)分布條件，以及地質(zhì)條件組成情況，為樁基礎(chǔ)項(xiàng)目工程施工提供有效參考，全面提高樁基礎(chǔ)的整體施工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)工程施工單位的更高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 工程概況

結(jié)合我國(guó)某地區(qū)一處土木工程項(xiàng)目建設(shè)施工案例展開(kāi)分析和研究，本次土木工程建設(shè)總占地面積214畝，建筑總面積達(dá)到102,000m2。本次工程項(xiàng)目建設(shè)施工位于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件下，該施工區(qū)域基底部分出現(xiàn)大片出漏，巖漿巖大量侵入，使得整個(gè)斷塊部分形成一片相對(duì)較高的地段區(qū)域，同時(shí)施工區(qū)域不同方向上的斷裂發(fā)育程度相對(duì)較高。工程施工單位通過(guò)前期的地質(zhì)勘查工作之后，通過(guò)采取鉆孔取芯法，發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)地下裂隙分布量相對(duì)較多，地下巖層起伏程度相對(duì)較大，勘察工作結(jié)果和該地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造資料信息基本相匹配[1]。

整個(gè)施工區(qū)域內(nèi)部上部結(jié)構(gòu)，主要是以人工填土為主，填土承載能力相對(duì)較低，為了充分滿足建筑主體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和承載能力的要求和標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)，施工部分使用的是樁基礎(chǔ)施工實(shí)施方法。由于受到地下復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境因素所產(chǎn)生的影響，灌注樁施工質(zhì)量有所不足，因此，需要通過(guò)使用預(yù)制混凝土支撐樁作為其中的樁基礎(chǔ)部分。在前期的地質(zhì)勘查工作過(guò)程中，探測(cè)孔之間的間距大小為24m，孔間距大小之間存在較大的起伏情況，同時(shí)各樁體之間的長(zhǎng)度大小無(wú)法進(jìn)行全面預(yù)測(cè)，因此在樁基礎(chǔ)的施工配樁工的難度上也相對(duì)較大[2]。

2 高密度電法探測(cè)工作原理分析

高密度直流電阻率法，主要是以巖土導(dǎo)電性能的差異性作為測(cè)量工作基礎(chǔ)條件，基于人工所施加的穩(wěn)定性電流場(chǎng)所產(chǎn)生的作用效果，有效獲取地層結(jié)構(gòu)當(dāng)中傳導(dǎo)出的電流分布規(guī)律情況的一種電力探測(cè)工作方式。在最近幾年的發(fā)展過(guò)程中，高密度電法在我國(guó)各大工程地質(zhì)勘察工作中應(yīng)用越來(lái)越普遍，主要是調(diào)查測(cè)定區(qū)域的基巖埋深情況，也是采空區(qū)巖溶、斷裂構(gòu)造調(diào)查工作中的有效方法之一。其中，高密度電法兼具剖面法，與電測(cè)深法兩種效果，具有點(diǎn)距更小、數(shù)據(jù)收集密度更大，可以有效反映出基層巖體結(jié)構(gòu)的起伏狀態(tài)，是現(xiàn)階段比較常用的一種直流電檢測(cè)方法之一。通過(guò)高密度電法可以有效測(cè)定出基層連體結(jié)構(gòu)的界限分布情況，以及基礎(chǔ)巖層結(jié)構(gòu)的物質(zhì)組成情況，幫助勘察工作人員全面了解施工區(qū)域范圍內(nèi)巖體結(jié)構(gòu)的電性分布差異性情況，同時(shí)了解施工區(qū)域的斷裂構(gòu)造帶整體發(fā)育狀態(tài)，并對(duì)一些采空區(qū)域范圍大小進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)[3]。

圖1 高密度電法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 數(shù)據(jù)采集和分析

3.1 測(cè)量線分布設(shè)置

在施工場(chǎng)地區(qū)域范圍內(nèi)，通過(guò)使用網(wǎng)格狀觀測(cè)工作系統(tǒng)，總共設(shè)置出8條測(cè)量線，其中包含東西向總共6條，南北向兩條。

3.2 數(shù)據(jù)收集

本次項(xiàng)目工程施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件整體相對(duì)比較平坦，觀測(cè)系統(tǒng)布置主要是以網(wǎng)格形狀為主，為了有效保證項(xiàng)目工程施工的測(cè)量精確度，其中所有的測(cè)量線在施工條件允許的情況下，需要保證盡可能覆蓋到整個(gè)項(xiàng)目工程施工場(chǎng)地，同時(shí)在起點(diǎn)與終點(diǎn)的位置需要將其直接延伸到場(chǎng)地的施工邊界位置。在數(shù)據(jù)信息采集工作當(dāng)中，需要將供電電極直接設(shè)置在測(cè)線的中垂線位置，有效參考電極布置在工作場(chǎng)地區(qū)域內(nèi)降低環(huán)境因素所產(chǎn)生的影響。為了有效保證電極接地工作條件，通過(guò)采取大面積澆水處理工作方法，保證所涉及的參數(shù)信息更加精確和可靠。

圖2 高密度電法信息收集

3.3 數(shù)據(jù)處理和分析

電法勘探中電極的極化電位成分是非常復(fù)雜的，主要有金屬電極插入地面、金屬表面與土壤之間就會(huì)產(chǎn)生接觸電位；地面本身存在自然電位；在通過(guò)一定電流時(shí)電極與土壤之間、土壤內(nèi)部發(fā)生離子遷移斷電后離子繼續(xù)擴(kuò)散，這一系列過(guò)程產(chǎn)生各種電位。在數(shù)據(jù)信息的收集處理工作過(guò)程中，通過(guò)使用計(jì)算機(jī)軟件，有效完成數(shù)據(jù)信息的快速提取和編寫，并且對(duì)解編數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步處理和計(jì)算之后，獲取電阻率參數(shù)數(shù)值。通過(guò)使用成圖軟件有效繪制出電阻率的剖面圖像，根據(jù)電阻率剖面分析功能之后，有效獲取基層巖體結(jié)構(gòu)的深度大小，并且繪制出基層巖體結(jié)構(gòu)的深度平面圖像，在其中標(biāo)注出基層巖石的等深線位置。通過(guò)圖像信息可以看出，基層巖體結(jié)構(gòu)的實(shí)際深度，北西方向相對(duì)較淺、東南方向較深，局部區(qū)域的地段深度變化幅度相對(duì)較大，通過(guò)鉆孔取芯法探測(cè)之后所得出的數(shù)據(jù)參數(shù)信息基本保持相同[4]。

圖3 信息處理

3.4 成果應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)高密度電法探測(cè)工作所得出的最終結(jié)論，在本次工程項(xiàng)目施工過(guò)程中，配樁長(zhǎng)度大小分別為9m、12m、15m、18m、21m、24m、27m7種不同類型的樁體結(jié)構(gòu)，基于基礎(chǔ)巖層結(jié)構(gòu)等深陷位置，對(duì)樁體施工進(jìn)行合理搭配，有效保證樁體施工位置分布的精確性與合理性。配樁精度為3m，其中總共包含樁體結(jié)構(gòu)2866根，其中有效樁體長(zhǎng)度達(dá)到51,850m，總共施工樁體長(zhǎng)度54,000m。通過(guò)使用傳統(tǒng)的地質(zhì)勘查工作方法，為了充分保證配樁的成功率，實(shí)際配樁工的精度需要保證在6m左右，同時(shí)在有效樁體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度不變的條件下，需要保證施工樁長(zhǎng)達(dá)到63,000m。根據(jù)上述工作經(jīng)驗(yàn)分析總結(jié)之后，可以得出本次工程項(xiàng)目施工中，通過(guò)使用高密度電法進(jìn)行探測(cè)，總共累計(jì)節(jié)省樁體總長(zhǎng)度9,000m，整體的經(jīng)濟(jì)效益表現(xiàn)非常明顯[5]。

高密度電法探測(cè)技術(shù)在本次項(xiàng)目工程建設(shè)施工當(dāng)中的合理應(yīng)用，達(dá)到了工程施工單位預(yù)期設(shè)定的工作要求和標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)進(jìn)一步解決預(yù)制樁配樁工作產(chǎn)生的困難問(wèn)題，以及各種不利性影響因素，可以有效減少大量無(wú)效樁體結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，對(duì)項(xiàng)目工程施工進(jìn)度以及施工經(jīng)濟(jì)成本的控制具有非常顯著的提升。通過(guò)對(duì)該項(xiàng)新型技術(shù)的有效應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)將項(xiàng)目工程的施工重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，轉(zhuǎn)變成施工中的一項(xiàng)工作亮點(diǎn)，受到項(xiàng)目工程建設(shè)施工單位，工程施工監(jiān)理單位，以及其他同行單位的一致好評(píng)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在一些復(fù)雜的地質(zhì)條件下，樁基礎(chǔ)的施工會(huì)存在較大的工作難度，因此對(duì)項(xiàng)目工程施工單位提出了更高的專業(yè)要求和標(biāo)準(zhǔn)，由于傳統(tǒng)的地質(zhì)勘查工作方法，無(wú)法滿足樁基礎(chǔ)精準(zhǔn)施工的要求。因此，必須要引進(jìn)更加先進(jìn)的地質(zhì)勘查工作手段，保證復(fù)雜地質(zhì)條件下樁基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量和精確性。由此可以看出，高密度電法在地質(zhì)探測(cè)工作中的應(yīng)用效果非常明顯，在后續(xù)的使用工作過(guò)程中會(huì)有更加廣闊的推廣價(jià)值，對(duì)各大中工程項(xiàng)目建設(shè)施工提供更好的前期地質(zhì)條件探測(cè)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目工程建設(shè)單位的更高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。