基于高密度電法的城市道路地基勘探研究

白桂洲，吳 華，王 澳

西藏大學(xué)

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域?qū)賮啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，具有氣候溫和、四季分明、冬無(wú)嚴(yán)寒、夏無(wú)酷暑、濕度大、日照少、無(wú)霧期長(zhǎng)等特點(diǎn)。年均溫19.3°，多年平均降雨量 920.5 mm,降雨量時(shí)空分布不均，主要集中在6 月到9 月，占全年降雨量的62.1%，12 月到2 月降雨量?jī)H占全年的2.3%。由于研究區(qū)域毗鄰湖泊，線路周邊地表水較發(fā)育，勘察期間于地勢(shì)低洼或排水不暢地段可見(jiàn)水體，主要以大氣降水和三岔湖蓄水補(bǔ)給，以地表徑流、大氣蒸發(fā)等方式排泄，地表水隨季節(jié)變化較小，水位相對(duì)穩(wěn)定。范圍內(nèi)無(wú)河流、湖泊分布，項(xiàng)目區(qū)地表有一處小魚(yú)塘。地表水文概況簡(jiǎn)單。在大地構(gòu)造上，項(xiàng)目位置位于龍泉山褶皺帶東側(cè)，揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)四川臺(tái)坳西部，威遠(yuǎn)旋鈕式輻射狀隆起構(gòu)造的北部邊緣地帶，第四紀(jì)以來(lái)區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)較微弱，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性較好。該區(qū)域?qū)賮啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候。擬建道路場(chǎng)地原為農(nóng)田及山地，道路沿線地形起伏變化不大，場(chǎng)地地勢(shì)總體上是西高東低，地貌為淺丘地貌。

2 野外數(shù)據(jù)采集

2.1 儀器設(shè)備

本次野外數(shù)據(jù)采集使用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2A 高密度電法測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量視電阻率參數(shù)。激電測(cè)深采用DUK-2A 高密度電法測(cè)量系統(tǒng)主機(jī)。

2.2 野外工作方法

物探剖面位置由設(shè)計(jì)要求確定，其長(zhǎng)度根據(jù)勘察需要進(jìn)行布置，共布置剖面1 條，物探測(cè)線現(xiàn)場(chǎng)布置嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，采用RTK 放樣，測(cè)量人員現(xiàn)場(chǎng)定位剖面端點(diǎn)和電極接地點(diǎn)，本次工作采用溫納裝置，其布線方式如下：

它的電極排列規(guī)律是（對(duì)于60 道）：A，M，N，B（其中A、B 是供電電極，M、N 是測(cè)量電極），AM=MN=NB為一個(gè)電極間距，隨著間隔系數(shù)n 由n（MAX）逐漸減小到n（MIN），四個(gè)電極之間的間距也均勻拉開(kāi)[2]。該裝置適用于固定斷面掃描測(cè)量，其特點(diǎn)是測(cè)量斷面為倒梯形，電極排列如下：

設(shè)電極總數(shù)60，n（MIN）=1，n（MAX）=16，每步電極轉(zhuǎn)換的規(guī)律如下所述：

第一步： A=1#，M=17#，N=33#，B=49#；

第二步： A=1#，M=16#，N=32#，B=48#；

…

“雙十一”的邏輯簡(jiǎn)單來(lái)講就是促銷(xiāo)。大學(xué)生普遍沒(méi)有獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)來(lái)源，購(gòu)買(mǎi)能力相對(duì)不足，都喜歡“便宜貨”。電商通過(guò)“五折出售”、“滿減紅包”等促銷(xiāo)活動(dòng)大幅度降低購(gòu)買(mǎi)成本，以提供給大學(xué)生性價(jià)比高的產(chǎn)品，自然促使大學(xué)生產(chǎn)生消費(fèi)動(dòng)機(jī)。也即電商在大學(xué)生沒(méi)有不滿意因素的基礎(chǔ)上提供給了大學(xué)生購(gòu)買(mǎi)的主要滿意因素，讓更多的大學(xué)生買(mǎi)得起東西，從而有效提高大學(xué)生的購(gòu)買(mǎi)能力。

第十六步： A=1#，M=2#，N=3#，B=4#；

如果收斂標(biāo)志為0，則A=60-3*16=12，M=A+16，N=M+16，B=N+16 即可完成，測(cè)得一個(gè)平形四邊形即B=49 時(shí)（方便長(zhǎng)剖面的連接）；如果收斂標(biāo)志為1，則A 最大等于60-3，M=58，N=58，B=60 時(shí)才完成。

圖1 高密度電法溫納裝置電極排列示意圖

3 數(shù)據(jù)處理和成果解釋

3.1 數(shù)據(jù)處理

高密度數(shù)據(jù)經(jīng)DUK-2A 高密度電法測(cè)量系統(tǒng)采集導(dǎo)出后轉(zhuǎn)換成瑞典軟件（RES2DINV）格式（*.dat），經(jīng)軟件采用最小二乘法二維反演后轉(zhuǎn)換為SUFFER 文件格式；在SUFFER 軟件里面生成等值線圖，等值線用克呂格網(wǎng)格化、濾波處理采用高斯低通濾波，同時(shí)對(duì)曲線進(jìn)行樣條平滑處理，然后輸出CAD 格式（*.dxf）文件，最后在CAD 里面進(jìn)行矢量圖編輯。

高密度電阻率法野外采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)反演計(jì)算，轉(zhuǎn)換為深度—電阻率的關(guān)系，以獲得地下地電斷面的特征。反演處理主要包括：根據(jù)地質(zhì)調(diào)查資料建立初始的二維地電模型、選擇反演參數(shù)（阻尼系數(shù)、迭代次數(shù)、收斂極限）等，然后采用最小二乘法，查看反演結(jié)果，最后進(jìn)行地形校正，獲得最終的地下地電斷面，用于地質(zhì)解釋。

3.2 成果解釋

3.2.1 ①號(hào)道路

①號(hào)道路為北東向展布；其中k0+180 段主要為道路地表為果園，地勢(shì)平坦，地表主要為人工填土、粉質(zhì)粘土，厚度5.5 ～9.0 m；下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組砂巖(J3p) 砂巖、泥巖；k0+180-300 段道路地表為果園、荒地，但地勢(shì)起伏稍大，地形最大高差約18m，地表主要為素填土、粉質(zhì)粘土，厚度0.5 ～9.0 m；下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組砂巖(J3p) 泥巖。剖面全長(zhǎng)300 m。解釋成果見(jiàn)附圖所示：

圖2 ①號(hào)道路測(cè)線電阻率反演成果圖

根據(jù)等視電阻率斷面圖，推斷了素填土、粉粘土與強(qiáng)風(fēng)化砂巖三個(gè)主要的地層巖性分界面；三個(gè)層位變化較連續(xù)，在整條剖面上均有顯示，未見(jiàn)缺失，表明地層穩(wěn)定性較好。地表素填土厚度沿地形起伏變化，推斷其厚度在2 m 內(nèi)變化，視電阻率等值線主要呈不均勻分布的團(tuán)狀、塊狀高低阻體特征，主要與人工活動(dòng)有一定關(guān)系。粉質(zhì)粘土位于地表素填土下，厚度在2 ～4 m 內(nèi)變化，視電阻率數(shù)值集中在20 Ω·m 內(nèi)，在里程k0+180 m 內(nèi)，該層位變化較連續(xù)；在k0+180 ～300 m 范圍內(nèi)，受地形變化影響，其電阻率等值線表現(xiàn)為團(tuán)塊狀分布特征；強(qiáng)風(fēng)化砂巖埋深在4 m 以下，層位連續(xù)，厚度較大，電阻率數(shù)值大于20 Ω·m，地層穩(wěn)定性較好。另外，從斷面圖上看，沒(méi)有明顯的破碎帶異常，推測(cè)此段落破碎帶不發(fā)育。

3.2.2 ②號(hào)道路

②號(hào)道路為北西向展布，地表地貌主要為農(nóng)田與荒地，地形變化較??；地表主要為人工填土、粉質(zhì)粘土；下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組砂巖(J3p)砂巖、泥巖。剖面全長(zhǎng)約500 m，解釋成果見(jiàn)附圖所示：

圖3 ②號(hào)道路測(cè)線電阻率反演成果圖

根據(jù)等視電阻率斷面圖，推斷了粉質(zhì)粘土與強(qiáng)風(fēng)化砂巖界面；粉質(zhì)粘土只在剖面k0+150-540 段，厚度在0 ～10 m 內(nèi)變化，整體電阻率數(shù)值較低，變化較連續(xù)；強(qiáng)風(fēng)化砂巖在k0+50-150 段地表出露，該段第四系厚度較薄；在②號(hào)剖面，電阻率等值線斷面圖推斷存在兩處低阻破碎帶；破碎帶F1 埋深北深南淺，范圍集中在k0+130-250 范圍內(nèi)，電阻率數(shù)值集中在20 Ω·m 內(nèi)變化；破碎帶F2 集中在k0+250-440 范圍內(nèi)，傾向與F1破碎帶基本一致，但其深部延展較深，本次探測(cè)為探測(cè)其底界面，數(shù)值集中在20 Ω·m 內(nèi)，其深部電阻率小于10 Ω·m，推測(cè)其可能破碎含水。

3.2.3 ③號(hào)道路

③號(hào)剖面全長(zhǎng)360 m，地形起伏變化較小，地勢(shì)較平坦，地表主要為人工填土、粉質(zhì)粘土；下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組砂巖(J3p)砂巖、泥巖；地層結(jié)構(gòu)類(lèi)似于15 號(hào)道路，解釋成果見(jiàn)附圖所示：

圖4 ③號(hào)道路測(cè)線電阻率反演成果圖

③號(hào)剖面推測(cè)素填土沿剖面連續(xù)變化，厚度集中在2 ～3 m 內(nèi)，視電阻率等值線主要呈不均勻分布的團(tuán)狀、塊狀中低阻體特征，主要與人工活動(dòng)有一定關(guān)系。粉質(zhì)粘土受下覆不均勻分布強(qiáng)風(fēng)化層砂巖影響，地層變化呈較明顯“W”形態(tài)特征，電阻率數(shù)值在20 Ω·m 內(nèi)，厚度變化不一；其中橫向里程k0+0-60 與k0+290-310范圍內(nèi)，存在兩個(gè)數(shù)值較低的團(tuán)狀低阻體，推斷為含水體或軟弱體的表現(xiàn)。強(qiáng)風(fēng)化砂巖埋深在4 m 以下，層位連續(xù)，厚度較大，電阻率數(shù)值大于20 Ω·m，地層穩(wěn)定性較好。在橫向里程k0+150-210 之間，電阻率等值線存在較明顯錯(cuò)動(dòng)，不連續(xù)，電阻率數(shù)值較低，深部延展較大，推斷為主要的破碎帶范圍，其深部電阻率數(shù)值小于10 Ω·m，推測(cè)其含水。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

根據(jù)本次高密度電法勘探結(jié)果，根據(jù)電阻率成果剖面圖劃分了三條道路地層，①號(hào)道路基巖穩(wěn)定性較好；②號(hào)道路地層有兩處低阻帶，推測(cè)為破碎帶。③號(hào)道路地層有一處低阻帶，推測(cè)為破碎帶。

4.2 建議

①號(hào)道路沿線部分段落地表分布素填土、雜填土及少量軟塑狀高壓縮性粉質(zhì)黏土等不良土體，不宜直接作為路基及結(jié)構(gòu)物持力層，建議進(jìn)行挖除，局部路段不良土體較厚時(shí)，可進(jìn)行換填處理，分層夯實(shí)；或考慮地基加固處理，如碎石樁或水泥攪拌樁等處理。②號(hào)道路和③號(hào)道路受破碎帶影響，區(qū)內(nèi)土層不均，基巖風(fēng)化作用強(qiáng)烈，有路基沉降風(fēng)險(xiǎn)，要加強(qiáng)路基穩(wěn)定性。破碎帶可能破碎含水，注意排水，避免路基破環(huán)。

本文對(duì)于地層的劃分是基于測(cè)量的視電阻率結(jié)果，視電阻率是多種巖土的綜合值，并非是單一對(duì)應(yīng)的某種巖土，所劃分地層巖性具有多解性，后續(xù)使用時(shí)應(yīng)結(jié)合地質(zhì)資料進(jìn)行分析。