高密度电法在岩溶地区桥梁基础勘察中的应用

胡俊杰

(安徽工程勘察院，安徽 合肥 230011)



高密度电法在岩溶地区桥梁基础勘察中的应用

胡俊杰

(安徽工程勘察院，安徽 合肥 230011)

岩溶是工程建筑中频繁遇到的一种典型的地质灾害，它给工程建筑安全带来了极大的安全隐患。高密度电法采用阵列布极，同时完成纵、横双向二维勘探过程，以分辨率高、数据量丰富、成本低等优势广泛应用于工程勘察中，通过工程实例探讨了高密度电法在解决岩溶地区桥梁基础勘察中的应用效果。

高密度法；岩溶勘查；桥基勘察

灰岩为可溶性碳酸盐岩，溶蚀溶洞发育是灰岩地层区较为突出的特点。工程领域中岩溶发育大部分可视为不良地质体，是一种典型的地质灾害。溶洞的存在易引起地基变形、地基不均匀沉降、地基滑动和地面塌陷，对工程建筑领域影响尤为重要。随着我国建设力度的加大，各种桥梁建筑不断增多，为保障桥梁的安全，必须探明地下地质情况，对应的快捷、经济、无损的物探勘查方法也被运用的越来越多。

高密度电法是岩溶勘查最有效的方法之一，它是在常规电法的基础上改进的一种方法，实现一次阵列布极，完成纵、横双向高分辨率二维勘探过程，既能反映地下某一深度沿水平方向岩土体的电性变化，同时又能提供地层岩性沿纵向的电性变化情况[1]，具有数据量丰富，分辨率高，成本低等特点，目前在工程地质勘察、地质灾害检测、金属与非金属矿产等各领域得到广泛应用，解决了诸多实际问题，产生了极大的社会效益及经济效益。

1　高密度电法工作原理

高密度电法的基本工作原理与常规电阻率法大体相同，以岩土体的电性差异为基础，研究在施加电场的作用下，地下传导电流的变化分布规律，推断地下具有不同电性差异的地质体或构造的赋存情况[2,3]。高密度电阻率法是高精度的直流电法方法，它是集电剖面法和电测深为一体的一种地学层析成像技术，通过实行密集采样来提高采样率，并用“多次覆盖”的方法提高信噪比。从工作布置上看，电极密度大是电阻率层析成像技术 (ResistivityTomography) 区别于常规电阻率法的最大特点，它能在一个断面上获得多组数据，为电阻率成像提供了物质条件，从而使得本方法具有观测精度高，处理结果直观的特点[4]。高密度电法工作原理如图1所示。

图1　高密度电法工作原理Fig.1　Operational principle of multi-electrode resistivity method

2　高密度电法工作装置

高密度电法和传统电法一样，需要采用一定的电极装置进行观测。而与直流电法不同的是，它的装置是一种组合剖面装置。常用的装置包括：温纳装置(α装置AMNB)、偶极装置(β装置ABMN)、微分装置(γ装置AMBN)以及施伦贝谢尔装置(α2装置AMNB)[5]。而温纳装置相比其他装置而言，因具有受地表不均匀、旁侧干扰小等优势而被广泛应用，其探测效果较为理想。

3　高密度电法法在桥梁基础勘察中的应用

安徽某地公路改造中，在河流上游附近拟建一座桥梁贯通整个公路网，在桥梁基础前期粗勘过程中，发现岩溶发育并进行注浆处理，在注浆过程中，出现砂浆下漏、四周岩土体崩塌的现象，为了确保桥基础稳定，须查明桩基周围及底部岩溶发育情况及空间分布状态，为后期桩基设计与施工提供科学的依据。

3.1查区地质概况

查区地层主要有第四系坡积层黏土、砂卵砾石以及下伏基岩奥陶系下统仑山组块状致密灰岩组成；前期工程钻孔揭露浅部灰岩风化裂隙发育，沿节理面有铁质氧化物，钻探提取物为柱状、短柱状，岩体较完整。根据区域地质资料，本区处于隐伏的断裂构造的西侧，灰岩的岩溶裂隙相对较为发育。

3.2高密度电法剖面布设

结合测区地质构造特征和本工程的目的任务，以桥梁基础处布设2条平行剖面，线距20m，测点间距5m，每条剖面长度均为300m。

3.3异常特征解释

图2为L2线高密度反演剖面图，L2线长度300m，剖面方位0°。由图2可以看出，在剖面的130～140、 145～165、 170～230点段的8～20m深度呈低阻闭合圈状异常，解释为岩溶发育，产状由南向北倾斜，深度由南向北逐渐增加，且岩溶发育地段均被后期低阻物充填；在140号点存在明显的低阻下凹状异常，推测为F1断层的反映，走向近似东西，向北陡倾。

图2　L2线反演剖面Fig.2　The inversion calculation figure of the L2 line

图3为L4线高密度反演剖面图，L4线与L2线平行布置，剖面长度300m，剖面方位0°。由图3可以看出，在剖面的165～225点段的6～21m深度呈低阻闭合圈状异常，解释为岩溶发育，异常规模较大，深度由南向北逐渐增加，且岩溶发育地段均被后期低阻物充填；在145号点存在明显的低阻下凹状异常，与L2线F1断层异常类型一致，推测为同一断层F1的反映，走向近似东西，向北陡倾。

3.4钻孔验证

为了验证物探解释的准确性，在L2高密度电法剖面上布设4个钻孔进行验证(图4)，钻孔揭示与物探推测基本吻合，L2线岩溶发育产状由南向北倾斜，深度由南向北逐渐增加，溶洞被流塑淤泥充填。

图3　L4线反演剖面Fig.3　The inversion calculation figure of the L4 line

图4　L2线地质剖面Fig.4　The geological profile figure of the L2 line

4　结　论

1)高密度法相对于常规电法具有分辨率高、数据量丰富、成本低等特点，是一种快速有效的岩溶勘察手段。

2)高密度电法可广泛应用于初勘阶段的岩溶勘察，在详勘阶段，该手段则可对钻孔资料起到一种有益的补充和完善作用。

3)高密度电法由于测量原理、方法及技术的限制，在成果定量解释时较为困难，常常只能确定异常中心，对于异常边界准确划分，精度仍需提高。

[1]王兴泰.工程与环境物探新方法新技术[M].北京:地质出版社，1996.

[2]朱亚军,王艳新.高密度电法与瞬变电磁法在地下岩溶探测中的综合应用[J].工程地球物理学报，2012，9(6):738-742.

[3]罗延钟,王传雷,董浩斌.高密度电法的电极装置选择[J].地质与勘查，2005，41(6):174-178.

[4]王红兵.高密度电法在岩溶勘察中的应用和研究[J].工程地球物理学报，2012，9(5):551-554.

[5]郑冰,李柳德.高密度电法不同装置的探测效果对比[J].工程地球物理学报，2015，12(1):33-39.

Application of Multi-electrode Resistivity Method in Karst Region Bridge Foundation Investigation

Hu Junjie

(Anhui Engineering Exploration Institute, Hefei Anhui 230011, China)

Karstisatypicalgeologicaldisastersfrequentlyencounteredinengineeringandconstruction,itgivesatremendoussecurityriskinengineeringconstructionsafety.Multi-electroderesistivitymethodusesanarrayofclothpole,whilecompletingverticalandhorizontalbi-dimensionalexplorationprocess,withhighresolution,richdatavolumeandlowcostiswidelyusedinengineeringinvestigation,thepaperdiscussestheengineeringexamplemulti-electroderesistivitymethodkarstareabridgefoundationinresolvingreconnaissanceeffect.

multi-electroderesistivitymethod;karstexploration;bridge-basedsurvey

1672—7940(2016)03—0304—03

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.03.009

胡俊杰(1987-)，男，工程师，主要从事地球物理勘探和研究工作。E-mail：690806206@qq.com

P631.3

A

2016-01-14