電阻率層析成像系統在探測地下空洞中的應用

【摘要】為了快速解決笩板下地基有空洞的缺陷，采用電阻率層析成像系統探測空洞，并與傳統的鉆孔勘探相比較，以便用灌漿回填使地基強度滿足設計要求，且保證工程項目結構施工的質量、安全、進度。

【關鍵詞】地下空洞、電阻率層析成像系統、全站儀、 鉆探、比較

0 引言

隨著我國房地產市場的發展，需要在各種不同的復雜的地質條件下展開各種不同的建筑施工作業，地質勘探的方法也是多種多樣。筆者以中東地區卡塔爾主題公園項目為實例，重點闡述如何發現疑似空洞缺陷，并采用電阻率層析成像技術快速確認笩板下方地質空洞缺陷的位置和大小，為以后此類工程活動提供經驗。

1 工程概況

卡塔爾主題公園項目位于多哈E環路與拉基瑪大街相交處，臨近多哈老機場，其總占地面積17540平方米，建筑面積12341平方米。它主要由地下一層（占地5297平方米）、地上三層的主建筑裙房、觀光塔樓（45米高）、變電站以及周圍的綠化（Landscaping）等部分組成，其主要功能是向卡塔爾人民介紹節約用電、用水的科學知識。

2 疑似空洞的發現

2.1項目地質條件

本工程地表覆蓋約0.3至1米褐色和淺褐色，表面光滑和粗糙的細砂，以及夾雜著為石灰巖沙礫，面層以下約30米深的范圍內是松散的土和風化的、未風化的石灰巖，水位—7.5至—9.1米，無任何地下空洞（早期鉆探報告顯示）。基坑深6米， 5個電梯井坑浸入地下水位約1.5米。

2.2 空洞的發現

在開挖至距離笩板底部20厘米的標高時，發現基坑四周的邊坡和基坑底部有十幾處疑似空洞的縫隙，部分縫隙邊緣夾雜大面積的白色結晶物，且在基坑底部有一處當使用破碎錘敲擊時下方會發出沉悶的回響。

3電阻率層析成像系統如何探測疑似空洞

3.1電阻率層析成像探測系統原理簡介

一般來說，層析成像就是從調查對象周圍的各個方向收集其內部多量的投影數據，用其反應內部的物理特性分布的技術。電流在介質中不是以直線流動，而是沿電阻率最小路徑流動。本工程使用的電阻率層析成像設備是有瑞典ABEM公司設計生產的Terrameter SAS 1000/4000系統，其原理是通過現場測量不同介質的真電阻率的數據，然后導入計算機使用專業軟件構建2D或3D模型并制作一個電阻率橫斷面，該過程不斷重復，直到該組合的目標平滑約束的函數最小化。

另外，由于早期鉆探不能探明到地下懷疑的空洞，所以本工程采用ERT系統時需將2D轉化成3D以避免勘探再次不準確。

該系統的現場探測硬件設備與配件為：1） 電阻率測量儀2） 電纜 3） 不銹鋼電極桿 4） 專業電纜接頭 5） 橡膠錘

上述也是本實例現場探測需要的所有設備和工具。

系統另有2D、3D不同專業建模成像軟件（3.54.532.14），2D軟件截面如下：

3.2電阻率層析成像系統探測空洞的工作過程：

1）平整場地，保證探測的開始與結束范圍，按要求是需要探測基坑土面往下10米。

2）根據監理批復的圖紙使用全站儀放出22條間距4米的平行線，作為探測的路徑。

（備注：全站儀放樣便于將空洞的準確位置通過CAD軟件導入計算機中，進而反映到基坑平面平面布置圖中，為后續的灌漿回填空洞提供可靠的數據。）

3）標記并檢查ERT的完整范圍和位置是否符合設計要求，保證能探測到整個建筑范圍。

4）沿著一條標記好的探測路徑上展開一條50米長的鋼卷尺。

5）用自噴漆標記出3米間距的電極釬插入位置。

6）如果需要，在地面挖一個25厘米的小坑，在小坑里面灌上飽和的鹽水

混合物濕潤周圍的土壤，以改進電極與干燥土壤的連接，保證探測的連續性。

7）使用橡膠錘將不銹鋼電極桿敲入地下，使用專業接頭連接電纜和電極。

8）布置所有的層析成像所需的的勘探電纜線。

9）在儀器的內置從左到右預設程序的電纜編號1，2，3和4，在電纜2和3的之間連接儀器，并使用專業的電纜接頭連接電纜（1和2）和（3和4）。

4 與傳統鉆探相比較的效果

4.1 覆蓋面廣、準確度高

鉆探探測到的區域，由于受限與探孔的數量限制，只能準確反映一個點的特性。ERT能探測一個完整的面域，其探測結果全面可靠，該實例的探測結果（本文3.3）和灌漿回填的工程量（本文3.4）就是很有說服力的例證。

4.2 操作便捷、施工周期短

鉆探時大型設備進場、撤場都需要動用大型運輸設備和不少的人力，且施工過程中噪音大，持續周期長。在本實例采用ERT系統時，設備進場只需一輛皮卡，一位實驗員，兩名助手，3個工作日完成現場探測，一周后得出探測報告。

5結語：此種辦法檢測地下空洞，相對于傳統的鉆探勘探無需鉆孔，準確度高，儀器輕便，效率高，節約成本。

參考文獻（References）：

[1] 馮銳，李智明. 《電阻率層析成像技術》.中國地震.2004

[2] 楊華， 李金銘.《電阻率層析成像方法技術近年發展概況》.中國地質大學.10083

[3] Arab Cent 實驗室.《Geotechnical Investigation of KAP》.2010