高密度電阻率法在堤防隱患檢測中的應用

任長安

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津300250）

我國傳統的隱患探測方法一般是人工鉆探，這種方法雖然具有直觀、確定的優點，但是費時費力，且不能全面評估隱患范圍，效果較差。而新興的物探方法如高密度電阻率法，能很好地滿足探測隱患需要的安全、快速、精細、無損等要求，對地下層面的電阻分布具有一定的成像功能，可以直觀明顯的表現出地下的裂縫軟弱層面、洞穴等。

高密度電法提高了野外工作效率，豐富了地下地質信息。近年來已被廣泛的應用于各種建筑物的隱患及質量檢測中，取得了良好的效果。

1 工程概況

拒馬河發源于河北省淶源縣，流經淶源縣、易縣、淶水縣和北京市房山區，在房山區張坊鎮鐵鎖崖以下分為南、北兩支，南支稱為南拒馬河，北支稱為北拒馬河。

南拒馬河自鐵鎖崖分流后向南，經北河店向東，至新蓋房樞紐全長83.7km。其中北河店以上河道長51km，兩岸無堤呈地下河，河寬100～200m，縱坡1/300～1/800。北河店至新蓋房樞紐河道長32.7km，河底縱坡1/4000～1/6000，堤距500～2300m。南拒馬河堤防為土質結構，經歷多次填筑而成，填土不均、堤身不密實且存在生物洞穴及其他隱患。每到汛期，遇高洪水位時，堤角堤身容易產生管涌、散浸等滲漏險情。尤其是險工段，主河床緊鄰村莊，一旦發生事故，后果不堪想象。

根據地質勘察成果及區域地質資料，工程區地層主要為第四系全新統沖洪積（）地層，局部零星夾雜有沼澤堆積（地層。巖性主要有礫石、中粗砂、粉細砂、粉土、砂壤土、壤土及黏土等，具備進行高密度電法勘探的條件。

2 高密度電阻率法工作原理

高密度電阻率法是20世紀80年代發展起來的電法勘探技術，基于傳統電阻率法，屬于直流電法的范疇，采用高密度的電極測量，把幾十到上百根電極置到測點上，由電腦控制對多電極進行供電，提供最高可達幾百伏的供電電壓，實現了逐點逐層探測。

通過將存儲數據調入圖象處理軟件，數據網格化后，應用G3RTomo6.0高密度電法解釋軟件處理數據，通過二維或三維的正、反演計算，得到高密度電法視電阻率斷面色階圖，在圖像上用不同顏色或者灰度表示不同視電阻率值。根據顏色或灰度的不同表現測線下方地層不同位置、 不同深度的電阻率分布情況，如果被檢測堤壩為均質土壩，且堤身內部沒有其他隱患或異物，那么電法結果剖面圖上地下層面所展示的電阻率應該是相同的，表現為相同或者漸變的灰度或顏色； 如果被檢測堤壩內部存在隱患或異物，那么在電法結果剖面圖上對應部位的視電阻率值就會與其他正常層面不同，在圖上表現為不同的灰度或顏色。如地下若有空洞、縫隙等隱患視電阻表現為高電阻；而對于軟弱層、滲漏通道等隱患視電阻率變現為低電阻。這些電阻率值表現了地下不同介質的分布特征，對電阻率斷面色階圖反映的地層及其他地質情況進行有效地質解釋。數據的采集及處理過程如圖1。

圖1 高密度電法數據采集及處理過程

3 儀器參數及工作布置

本次高密度電法勘探使用重慶地質儀器廠生產的DUK-2A高密度電法測量系統，采用溫納裝置。根據勘察任務要求和目的，電極間距2m，電極總數120根，最大隔離系數10，供電電壓最高180V，相鄰兩個排列之間重復觀測30個電極。布設電極時盡量避開水泥路面，必要時用尖鎬先行刨開碎石或水泥，在接地良好處布設電極；為減小接地電阻的影響，盡量打深電極。檢測工作在檢測范圍內11個險工段內進行，并在堤防的近河端布置測線，測線長度共1.2km。

4 資料解釋與成果分析

數據處理應用G3RTomo6.0高密度電法解釋軟件，通過二維反演計算后形成電阻率斷面色階圖。因工程檢測過長，現選取典型隱患特征進行分析。

4.1 北連村險工段

北連村險工段位于南拒馬河右堤，該險工段測線共600m。由西向東布置測線，隔離系數10，道間距2m。北連村險工段0～240m電阻率剖面如圖2。

圖2 0～240m電阻率斷面

根據圖2不同顏色的視電阻率分布特征可以看出，剖面0～120m表層電阻率偏高，認為該段堤身土質不均，含砂量較高，堤身質量不良。整個剖面下部（埋深5～8m）為高阻反應，推測為較高電阻的砂層造成的反應，后經鉆孔資料驗證此處為砂壤土，電阻較高，印證了所推測情況。

4.2 楊村險工段

楊村險工段位于南拒馬河右堤，該險工段測線共1470m。由西向東布置測線，隔離系數為10，道間距2m。楊村險工段1260～1470m 電阻率剖面如圖3。

圖3 1260～1470m電阻率斷面色階成果

通過圖3可以看出，該測線范圍內地下地層電阻率較平均，電阻率在30～70Ω·m左右。而在剖面1350～1430m范圍內，深度1～8m之間，存在范圍較大的高電阻區域，橙色區域電阻超過了150Ω·m。推測該區域土層土質不均，或者有夾砂、石塊的情況存在，橙色區域可能為大的石塊或者孔洞。鉆孔資料顯示此處區域由砂壤土填充，印證了高阻反應的推測。這個區域堤身質量存在隱患，需要密切注意。

4.3 李莊險工段

李莊險工段位于南拒馬河右堤，該險工段測線共1350m。由西向東布置測線，隔離系數10，道間距2m。李莊險工段1120～1350m電阻率剖面如圖4。

圖4 1120～1350m電阻率斷面色階成果

由圖4看出，1180～1200m范圍土地表層有高阻反應，經現場踏勘為生活垃圾和建筑材料堆積所導致，此處堤身存在隱患；1245～1300m范圍，電阻率剖面圖表現出了上層高阻下層低阻的特征，且低阻電阻率小于10Ω·m，且周圍電阻率等值線較雜亂，應為含水反應，后調查發現此段下方為東馬營倒虹吸，上部高阻為建筑物頂板反應，下部低阻為河水反應，施工時需注意，防止出現事故。

5 結語

（1）南拒馬河堤防經過多年多次建設和維護及多次搶險施工，質量層次不齊，每次施工維護存在銜接不好的情況，搶險施工時可能存在就近取土，不講究質量的情況，造成了堤身存在松散層的可能性。

（2）工程共完成了南拒馬河左右兩岸12.4km的隱患檢測，檢測基本查清了堤防下明顯隱患，為今后的堤防檢測提供借鑒作用。