高密度電法對施工過程的事前控制研究

楊承民，謝卓利，劉 攀，湛 一

(重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院，重慶 400041)

1 引 言

近年來，工程建設(shè)數(shù)量和規(guī)模都有較大提升，部分地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。在這種情況下，人們開始重視工程事前控制的重要性，盡可能避免不良地質(zhì)現(xiàn)象導(dǎo)致的各種工程事故發(fā)生。特別是對于有灰?guī)r的地區(qū)，灰?guī)r屬于可溶性碳酸鹽巖，存在灰?guī)r的地區(qū)往往很容易發(fā)生溶蝕的現(xiàn)象，當(dāng)灰?guī)r從基巖中溶蝕開始發(fā)展到一定的程度時(shí)，在建筑物地下水動(dòng)力條件的改變或者建筑物工程施工振動(dòng)等各種外因的誘發(fā)下，不僅可能會(huì)直接導(dǎo)致地基巖體表面的起伏很大，還可能會(huì)使其產(chǎn)生更多的溶蝕帶、溶洞、土洞等不良的地質(zhì)現(xiàn)象，會(huì)嚴(yán)重的影響其利用率到工程質(zhì)量與建設(shè)進(jìn)度，呈現(xiàn)出災(zāi)害的突發(fā)性強(qiáng)、影響范圍廣、演化速度快等特征。本文就重慶市黔江區(qū)正陽街道的邊坡工程為例，采用高密度電法勘探不良地質(zhì)情況，說明事前控制的重要性。該段附近一直有居民住宅，建筑物數(shù)量非常密集，地下水管線數(shù)量相對較多，地質(zhì)環(huán)境條件較為復(fù)雜。為了檢測和查明該礦區(qū)域的巖溶生長發(fā)育狀態(tài)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造狀態(tài)，經(jīng)過綜合篩選，采用了高密度水電法方式進(jìn)行巖溶生長勘察，其結(jié)果與實(shí)際鉆探的結(jié)果相當(dāng)吻合，取得了良好的效果。經(jīng)與現(xiàn)場工程的地質(zhì)調(diào)查及鉆孔數(shù)據(jù)的對比分析，查明了沿線各段的巖溶性空間的分布。

2 檢測措施

2.1 高密度電法

高密度晶體電阻的斜率檢測法主要特點(diǎn)是集一種高密度晶體電阻的斜率法檢測深的方法和一種高密度晶體電阻率檢測剖面法于二身一體的多功能檢測裝置，多極距技術(shù)組合的一種高效檢測電阻方法。它具有一次進(jìn)入布極后就實(shí)現(xiàn)可以直接同時(shí)進(jìn)行各種設(shè)備檢測數(shù)據(jù)采集和通過對各種檢測設(shè)備的信號求取相同測量比值的檢測參數(shù)的功能，從而有效地同時(shí)突出不同的異常檢測信息，信息量多并同時(shí)具有采集觀測數(shù)據(jù)精度高、速率快、檢測數(shù)據(jù)深度靈活等強(qiáng)大優(yōu)勢。地面高密度直流電法所需要采用的測量儀器系統(tǒng)類型一般為80 duk-2高密度直流電法勘察測量儀器系統(tǒng)，由多功能直流電極加法儀和多路多點(diǎn)接地直線電極電流轉(zhuǎn)換器及一個(gè)多路多線接地直流電極等多個(gè)部分部件組成，儀器的測量性能良好，技術(shù)指標(biāo)主要測量內(nèi)容描述如下：(1)測量儀器的電極絕緣性能特性良好，各個(gè)線路測程的輸入阻抗阻值不應(yīng)不得超過30 mΩ，線路之間的電極絕緣特性電阻阻值不應(yīng)不得超過500 mΩ/100 V。(2)電極轉(zhuǎn)換器的電極線路總數(shù)不應(yīng)控制為60路，測量最大高頻工作電壓+4V，測量誤差+1%+1個(gè)壓制數(shù)字，測量工頻電流壓制準(zhǔn)確度+0.6%，測量工頻電流壓制分辨率0.01 mA，對50 Hz工頻電流壓制測量精度不應(yīng)優(yōu)于80 dB。(3)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化自動(dòng)測量，對于自然的電位和其他的電極都進(jìn)行了自動(dòng)的極化和補(bǔ)償；屏幕上的液晶漢字顯示且所有測試資料均為自動(dòng)儲(chǔ)存；這些數(shù)據(jù)都能夠直接被傳入到計(jì)算機(jī)上以便進(jìn)行數(shù)字化的解釋。數(shù)據(jù)可直接傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字化解釋。

2.2 鉆芯法

鉆芯法主要就是采用大型鉆芯多孔鉆探的技術(shù)，沿著樁身的不同方向進(jìn)行鉆取基層混凝土芯樣，對其具體巖性特征進(jìn)行了仔細(xì)觀察和利用計(jì)算機(jī)的測試，以準(zhǔn)確判別具體一個(gè)地層巖性，這也是對一個(gè)地層具體巖性進(jìn)行判斷最直觀的一種技術(shù)方法。地下巖土體的具體情況需要結(jié)合鉆芯孔數(shù)、現(xiàn)場巖芯樣特征、芯樣RQD值等結(jié)果作出綜合判斷。

3 工程實(shí)例

該項(xiàng)目用地位于重慶市黔江區(qū)正陽街道積富社區(qū)三組。地塊中心點(diǎn)坐標(biāo)(2 000坐標(biāo)系)為X=3 261 137.759，Y=579 057.863，到黔江區(qū)政府所在地東南方向直線距離約為 2.2 km。該項(xiàng)目的地形大致規(guī)劃呈南北方向走勢，西側(cè)為城市規(guī)劃二路，向北向南延伸將成為一條城市交通主干道，東側(cè)為城市規(guī)劃一路。該地塊項(xiàng)目開發(fā)場地南北向總建筑寬度為355 m，東西向總建筑寬度為220 m，總規(guī)劃建筑面積用地和總面積分別合計(jì)為：66 397.2 m2和66 403.32 m2。谷地總體地形中部靠南側(cè)高北、向兩側(cè)低，中部谷底高程為527.87 m，向北西側(cè)地形逐漸降低，北西部漁塘為場區(qū)最低點(diǎn)，地面高程為510.80 m；南部谷地最低點(diǎn)，地面高程為518.48 m。

圖象分析。根據(jù)地調(diào)資料，地層上部為填土、粘土，基底巖層為角礫巖。上部覆蓋層與基底的電性差異較明顯，具備電法勘探的地質(zhì)地球物理?xiàng)l件。場地較開闊，較平整。高密度電法勘探WT2—WT2′測線長300 m，成果圖見圖1。剖面土層厚度變化較大，一般約為0～10.0 m。該剖面約在234～260 m處發(fā)現(xiàn)視電阻率低值異常，推測為巖溶發(fā)育區(qū)。對于該剖面其余地段，上覆土層及下覆基巖視電阻率值較穩(wěn)定均勻，未發(fā)現(xiàn)大的隱伏巖溶的發(fā)育。

圖1 WT2—WT2′剖面高密度電法成果圖

3.2 鉆芯法驗(yàn)證

根據(jù)高密度電法的成果圖，以及考慮到巖溶會(huì)對工程建設(shè)帶來安全隱患，嚴(yán)重影響邊坡的穩(wěn)定性。采用鉆芯法進(jìn)行鉆探取芯，從鉆孔取芯結(jié)果可以看出，巖芯3.0～5.0 m段芯樣松散、含泥甚至缺失，初步斷定孔下存在溶洞，這和高密度電法的檢測結(jié)果相吻合。之后采取灌注法加固了地基，避免了嚴(yán)重的工程事故。

4 結(jié) 論

對于未知的災(zāi)變，我們應(yīng)做好事前控制以確保施工的安全性和災(zāi)害來臨時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)不被破壞。對于可能出現(xiàn)的巖溶這種潛在的自然災(zāi)害誘發(fā)因素，在開始布線工作之前就應(yīng)該要深入研究本區(qū)域的地質(zhì)與構(gòu)造情況并且做好野外勘察，對本區(qū)域內(nèi)可能存在的巖溶形成與發(fā)育的位置進(jìn)行初步的定位，才能夠更好的指導(dǎo)野外布線及數(shù)值分析的工作。當(dāng)接地處的地下電阻率比較大時(shí)，可以考慮上附土層的方法，由此可以有效減少地下或者是臨近構(gòu)筑物對電阻率的干擾，當(dāng)在進(jìn)行實(shí)際工程中，地面上噴一些氯化納溶液也可以說是一個(gè)不錯(cuò)的做法，可以通過增大離子的流動(dòng)，增大一些電壓來創(chuàng)造一個(gè)適合于電子流動(dòng)的環(huán)境。有時(shí)數(shù)據(jù)反演可能出現(xiàn)誤差，當(dāng)發(fā)現(xiàn)反演結(jié)果與實(shí)際不符，依據(jù)現(xiàn)場的測試結(jié)果為準(zhǔn)，從而大致反映溶洞的分布情況。將高密度電法勘探與實(shí)際工程的現(xiàn)場調(diào)查、鉆探以及探槽作對比，驗(yàn)證了高密度電法在對不良地質(zhì)條件探測的可靠性，能探測出卡斯特地貌地區(qū)如巖溶裂隙、空洞、落水洞、土洞等空間分布及大致規(guī)模。雖然現(xiàn)在這種方法已被廣泛運(yùn)用，但仍有一些局限，如上表層的低阻異常區(qū)域受干擾有時(shí)會(huì)出現(xiàn)與實(shí)際異常區(qū)域范圍差別較大的情況。在地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域，加密探測提高影像準(zhǔn)確性，并采用組合式方法對工程進(jìn)行事前控制是可行的手段。