高密度電法在橋梁基礎(chǔ)勘測(cè)中的應(yīng)用

張振利,張洪亮,車殿國(guó),袁佩杰

（黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院）

1 前言

擬建汕昆高速公路陽(yáng)朔至鹿寨第A合同段位于廣西壯族自治區(qū)東北部地區(qū)。線路區(qū)域位于喀斯特地貌區(qū),地下灰?guī)r層溶洞發(fā)育,據(jù)鉆孔揭示,溶洞發(fā)育無(wú)明顯規(guī)律,且小型斷裂密布測(cè)區(qū),這些不良地質(zhì)現(xiàn)象嚴(yán)重影響著橋梁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì),而且又不能完全通過(guò)鉆孔查明,所以采取物探方法解決該問(wèn)題。本次勘探采用高密度電法手段,重點(diǎn)對(duì)K13+550馬橋河大橋等構(gòu)造物基礎(chǔ)進(jìn)行勘探。本文以此橋?yàn)槔?jiǎn)單介紹勘察結(jié)果。

從前期的工程勘察結(jié)果來(lái)看,工區(qū)表面均有浮土、種植土以及其他第四紀(jì)土覆蓋,基巖以灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r等為主,地下水位在基巖面以上。因此,測(cè)區(qū)的電性特征大體上為地表土電阻率較高,在地下水位以下土的電阻率較低,裂隙發(fā)育的基巖電阻率較低,完整的基巖電阻率較高。沒(méi)有填充物或者有松散充填物的溶洞表現(xiàn)為高阻,有粘土充填的溶洞一般表現(xiàn)為低阻,由于地下水位較淺,斷層一般表現(xiàn)電阻率較低。因此工區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)體具有很好的電法探查前提。

2 測(cè)線布置和物探方法技術(shù)

2.1 測(cè)線布置

對(duì)于大橋橋墩位不良地質(zhì)體的物探勘察,沿橋墩中線布設(shè)一條橫剖面,由于馬嶺河大橋橫穿馬嶺河,因此在河南面布置了ZP-1、ZP-2兩條縱剖面,河北面布置了ZP-3、ZP-4兩條縱剖面。

2.2 物探方法技術(shù)

高密度電法是對(duì)常規(guī)電法的一種綜合,兼具剖面法與電測(cè)深的效果,它是一種陣列勘探方法,野外測(cè)量時(shí)只需將全部電極（幾十至上百根）置于測(cè)點(diǎn)上,然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和微機(jī)工程電測(cè)儀實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)采集。當(dāng)測(cè)量結(jié)果送入微機(jī)后,還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并給出關(guān)于地電斷面分布的各種物理解釋的結(jié)果。

高密度電阻率法同常規(guī)電阻率剖面法、測(cè)深法相比,既能提供探測(cè)地質(zhì)體在某一深度沿水平方向的電性的變化趨勢(shì),也能反映地質(zhì)體在沿垂直方向不同深度電性的變化情況,該方法能從二維斷面上反映出探測(cè)地質(zhì)體的電性畸變特征。

當(dāng)溶洞、暗河等不良地質(zhì)體存在時(shí),其電阻率與周圍、土體的電阻率具有明顯的差異,通過(guò)數(shù)據(jù)處理,繪制電阻率的等值線圖,可以明顯的示出溶洞、斷層等不良地質(zhì)體的存在。圖示直觀,易于分辨。本次高密度電阻率法采用適用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WDJD-2型高密度電阻率儀。橋墩橫剖面采用2m電極距、縱剖面采用5m電極距,大坪子隧道采用5m電極距、閘門坳1#隧道和閘門2#隧道采用8m電極距,每條測(cè)線采用α2裝置（施倫貝爾裝置）。

3 資料整理和解釋

高密度電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析、編輯和2.5維反演解釋,繪制視電阻率擬斷面圖和反演電阻率斷面圖。由于反演過(guò)程中,程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行一定的圓滑,反演結(jié)果可能導(dǎo)致一些有效信號(hào)丟失,因此資料解釋盡量結(jié)合視電阻率擬斷面圖和反演電阻率斷面圖進(jìn)行。下面以馬嶺河大橋?yàn)槔朔椒ń忉尅?/p>

3.1 WZ13095線

圖1為WK13095線物探綜合成果圖。該線50 m處對(duì)應(yīng)于鉆孔ZK 13095。從反演電阻率斷面圖可以看出,該剖面大致分為三層,其中上層比較薄、電阻率較高,推斷為不含水的細(xì)砂；中層電阻較低,推斷為含水較豐富的圓礫；下層電阻率較高,推斷為灰?guī)r。從視電阻率擬斷面圖來(lái)看,44～54m處有一局部低阻異常,推斷為溶洞,頂深約為8m,62～74m出有一局部低阻異常,推斷為溶洞,頂深約為9m。

圖1 反演電阻率斷面圖

圖2 物探推測(cè)剖面圖

3.2 WZ13125線

該線70m處對(duì)應(yīng)于鉆孔ZK 13125。從反演電阻率斷面圖可以看出,該剖面大致分為兩層,其中上層比較薄、電阻率較高,推斷為不含水的細(xì)砂；下層電阻率較低,推斷含水率較高的礫石和裂隙較為發(fā)育的灰?guī)r。

3.3 WZ13155線

該線50m處對(duì)應(yīng)于鉆孔ZK 13125。從反演電阻率斷面圖可以看出,該剖面大致分為兩層層,其中上層比較薄、電阻率較高,推斷為不含水的細(xì)砂；下層電阻率較低,推斷含水率較高的礫石。該線沒(méi)有溶洞發(fā)育。

3.4 WZ13185線

該線70m處對(duì)應(yīng)于鉆孔ZK 13185。從反演電阻率斷面圖可以看出,該剖面右上方電阻率較低,左下方電阻率較高,推斷為右上角主要為含水較為豐富的角礫和圓礫組成,左下角主要為裂隙一般發(fā)育的灰?guī)r。從視電阻率來(lái)看,60～68m、64～76m以及80～95m處出現(xiàn)局部低阻異常,推斷為含水并有充填物充填的溶洞,洞頂深分別約為15m、12m和12m。

3.5 ZP-4線

該線30m和90m處對(duì)應(yīng)于鉆孔ZK13155和ZK 13095。從反演電阻率斷面圖可以看出,該剖面大致可以分為三層,上層電阻率較高,厚度較薄,推斷為干燥的細(xì)砂或者角礫組成；中層電阻率較低,主要為含水豐富的礫石組成,往小號(hào)點(diǎn)（向西）厚度增大；下層電阻率一般,推測(cè)為裂隙較為發(fā)育的灰?guī)r。從視電阻率擬斷面圖來(lái)看,44～52m、62～66m、68～84m、86～94m處有局部電阻率低異常,推斷為含水及其他充填物的溶洞,洞頂深約為20m、12.5m、11m、10.5m。

4 結(jié)論

本次物探工作對(duì)大部分已知溶洞都有異常反映,說(shuō)明本次物探工作有一定成效,推斷結(jié)果有一定的可靠性,能夠較好的解決由于鉆探數(shù)量不足而引發(fā)勘探精度不足的問(wèn)題。但是由于本次物探工作采用的高密度電法是以地下電性差異為基礎(chǔ)的,所以只能探測(cè)出與圍巖有電性差異的溶洞和破碎帶等。進(jìn)一步驗(yàn)證是有必要的。