高密度電法技術在公路邊坡工程勘察中的應用與研究

葉毓棟

（廣西壯族自治區地球物理勘察院，廣西 柳州 545000）

我國國土遼闊，經濟的發展離不開交通網絡的建設。我國地形地貌較為復雜與多樣，交通網絡的建設時常會遇到公路邊坡建設工程，在公路邊坡的施工過程中，斷層破碎帶、巖溶、含水性極強的地層等不良地質段容易給施工帶來坍塌風險或者透水事故，存在嚴重的安全施工隱患及嚴重影響著施工進度和效率，如果公路邊坡建設處理不當，甚至影響日后竣工通車的安全性。為提升公路邊坡建設的效果和質量水平，采用高密度電法針對公路邊坡工程進行勘探和項目研究，可以有效地勘探公路邊坡地下基礎巖石風化厚度、巖層起伏情況以及不良地質情況，為公路邊坡施工建設提供重要的指導作用。為此，本文以實際案例為基礎，詳細研究和分析高密度電法的勘探效果，同時結合鉆探驗證，進一步總結出高密度電法的應用策略。

1 高密度電法原理簡介

高密度電法是用高密度布點的原則，從二維地電斷面測量電阻率，并根據電阻率值得特征進行地層的劃分、查找不良地質體。該方法受地形影響，勘探深度有限。

高密度電法實際上是一種陣列勘探方法，它在二維空間內研究地下穩定電流場的分布，野外測量時，將數十個電極一次性布設完畢，每個電極既是供電電極又是測量電極。通過程控式多路電極轉換器選擇不同的電極組合方式和不同的極距間隔，從而完成野外數據的快捷采集。如圖1。當電極棒列間距為△x 時，測量電極距a=n·r，依次取n=1,2…，每個極距依固定的裝置形式逐點由左至右移動來完成該段的數據采集。對某一極距而言，其結果相當于電阻率剖面法，而對同一記錄點處不同極距的觀測又相當于一個電測深點。以下案例采用的是對稱四級裝置進行數據采集的。

2 高密度電法在公路邊坡工程中的應用實例分析

2.1 工程概況

某公路邊坡工程位于公路隧道出口處，地表主要出露第四系殘坡積層、二疊系灰巖，地勢較平緩。邊坡區域最長為440m，最寬為100m，通過開展高密度電法勘探手段，查明公路邊坡區域沿線20m 深度范圍內的地層起伏及分層情況，判斷地下不良地質現象的發育情況，結合鉆探驗證結果進行對比分析。

2.2 成果解析及鉆探驗證對比分析

從高密度電阻率法二維反演斷面圖（見圖2、圖5）可以看出，視電阻率異常分界較為明顯，表層的低阻（藍色）異常主要反映的是第四系殘坡積層，往深部的高阻（紅色）異常主要反映的是石灰巖層，整體反映出殘坡積層與基巖面的接觸情況，通過視電阻率差異確定基巖界面（紅色虛線為推斷基巖界面）。具體推斷解譯及鉆探驗證對比分析如下：

圖2 108 線高密度剖面反演等值線綜合解析圖

（1）108 線剖面定性與半定量解析及鉆探驗證對比分析：①從108 線高密度反演等值線圖（圖2）可以看出，108 線剖面在100～180 點段，殘坡積層相對較薄，厚度在0～3.5m；在180 ～300 號點段，該處表層及淺部視電阻率表現為中低阻異常，相較其他剖面同一位置電阻率相對較高，推斷該處殘坡積層含礫石較多，厚度在4 ～9m；在300 ～540m 點段，視電阻率等值線比較平緩，推斷該處基巖起伏不大，低阻殘坡積層厚度在4 ～12m。②從圖3 中可以看出，ZK098-1 鉆孔地下4.80m 深度范圍內為第四系殘坡積層含礫黏土，等值線異常表現為低阻異常特征；地下4.80m 以下深度為二疊系較破碎灰巖，等值線異常表現為相對高阻異常特征。③從圖4 中可以看出，ZK103 鉆孔地下12.50m 深度范圍內為第四系殘坡積層含礫黏土，等值線異常表現為低阻異常特征；地下12.50 ～18.10m深度范圍內為二疊系較破碎灰巖，等值線異常表現為相對高阻異常特征。

圖3 ZK098-1 鉆孔與等值線異常對比解析圖

圖4 ZK103 鉆孔與等值線異常對比解析圖

（2）112 線剖面定性與半定量解析及鉆探驗證對比分析：①從112 線高密度反演等值線圖（圖5）可以看出，整條剖面呈高阻異常，僅在表層有較薄的低阻異常，推斷表層較薄的低阻異常為殘坡積層，往深部高阻區為石灰巖層。整體來說，112 線剖面殘坡積層相對較薄，部分地方有基巖出露；在146 ～220 點段殘坡積層厚度在0 ～2.5m 左右；在160 點和164 點附近有基巖出露；在220 ～300 號點段，推斷殘坡積層厚度在1 ～4m 左右。②從圖6 中可以看出，ZK092 鉆孔地下3.50m 深度范圍內為第四系殘坡積層含礫黏土，等值線異常表現為低阻異常特征；地下3.50m 以下深度為二疊系較破碎灰巖，等值線異常表現為相對高阻異常特征。

圖5 112 線高密度剖面反演等值線綜合解析圖

圖6 ZK092 鉆孔與等值線異常對比解析圖

3 結語

高密度電法勘探為陣列式布設，適用于地形較為平緩、勘探深度較淺的區域。具有點距小、數據采集量大的特點,能較直觀、形象地反映斷面電性異常體地形態、產狀等。通過本次高密度電法勘探效果及鉆探驗證情況，表明該方法能有效地反映出地層起伏、基巖分層等情況，對于公路邊坡勘察中土石方量的預估計算提供了很大的幫助；同時，進一步證明高密度電法在公路邊坡的勘察中與鉆探相結合使用,可以最大程度地減少后期鉆探工作量,亦能快速、高效地為邊坡的設計提供非常全面的工程地質資料，對公路邊坡安全施工提供了有效的地質依據。

地球物理勘探技術具有探測成本低、測量精度高、連續性強、破壞性極小等特點，其中高密度電法與其他物探探測方法相比較具有自動化程度高、工作效率高、異常形象直觀等優點，本次高密度電法在公路邊坡工程勘探中取得了良好的效果,綜合上述工作優點,高密度電法可廣泛應用于公路邊坡勘察中。