基于高密度电法的城市道路地基勘探研究

白桂洲，吴 华，王 澳

西藏大学

1 研究区概况

研究区域属亚热带湿润季风气候区，具有气候温和、四季分明、冬无严寒、夏无酷暑、湿度大、日照少、无雾期长等特点。年均温19.3°，多年平均降雨量 920.5 mm,降雨量时空分布不均，主要集中在6 月到9 月，占全年降雨量的62.1%，12 月到2 月降雨量仅占全年的2.3%。由于研究区域毗邻湖泊，线路周边地表水较发育，勘察期间于地势低洼或排水不畅地段可见水体，主要以大气降水和三岔湖蓄水补给，以地表径流、大气蒸发等方式排泄，地表水随季节变化较小，水位相对稳定。范围内无河流、湖泊分布，项目区地表有一处小鱼塘。地表水文概况简单。在大地构造上，项目位置位于龙泉山褶皱带东侧，扬子准地台四川台坳西部，威远旋钮式辐射状隆起构造的北部边缘地带，第四纪以来区域地壳运动较微弱，区内地质构造稳定性较好。该区域属亚热带湿润季风气候。拟建道路场地原为农田及山地，道路沿线地形起伏变化不大，场地地势总体上是西高东低，地貌为浅丘地貌。

2 野外数据采集

2.1 仪器设备

本次野外数据采集使用重庆地质仪器厂生产的DUK-2A 高密度电法测量系统，测量视电阻率参数。激电测深采用DUK-2A 高密度电法测量系统主机。

2.2 野外工作方法

物探剖面位置由设计要求确定，其长度根据勘察需要进行布置，共布置剖面1 条，物探测线现场布置严格按照设计要求进行，采用RTK 放样，测量人员现场定位剖面端点和电极接地点，本次工作采用温纳装置，其布线方式如下：

它的电极排列规律是（对于60 道）：A，M，N，B（其中A、B 是供电电极，M、N 是测量电极），AM=MN=NB为一个电极间距，随着间隔系数n 由n（MAX）逐渐减小到n（MIN），四个电极之间的间距也均匀拉开[2]。该装置适用于固定断面扫描测量，其特点是测量断面为倒梯形，电极排列如下：

设电极总数60，n（MIN）=1，n（MAX）=16，每步电极转换的规律如下所述：

第一步： A=1#，M=17#，N=33#，B=49#；

第二步： A=1#，M=16#，N=32#，B=48#；

…

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第十六步： A=1#，M=2#，N=3#，B=4#；

如果收敛标志为0，则A=60-3*16=12，M=A+16，N=M+16，B=N+16 即可完成，测得一个平形四边形即B=49 时（方便长剖面的连接）；如果收敛标志为1，则A 最大等于60-3，M=58，N=58，B=60 时才完成。

图1 高密度电法温纳装置电极排列示意图

3 数据处理和成果解释

3.1 数据处理

高密度数据经DUK-2A 高密度电法测量系统采集导出后转换成瑞典软件（RES2DINV）格式（*.dat），经软件采用最小二乘法二维反演后转换为SUFFER 文件格式；在SUFFER 软件里面生成等值线图，等值线用克吕格网格化、滤波处理采用高斯低通滤波，同时对曲线进行样条平滑处理，然后输出CAD 格式（*.dxf）文件，最后在CAD 里面进行矢量图编辑。

高密度电阻率法野外采集的数据经过反演计算，转换为深度—电阻率的关系，以获得地下地电断面的特征。反演处理主要包括：根据地质调查资料建立初始的二维地电模型、选择反演参数（阻尼系数、迭代次数、收敛极限）等，然后采用最小二乘法，查看反演结果，最后进行地形校正，获得最终的地下地电断面，用于地质解释。

3.2 成果解释

3.2.1 ①号道路

①号道路为北东向展布；其中k0+180 段主要为道路地表为果园，地势平坦，地表主要为人工填土、粉质粘土，厚度5.5 ～9.0 m；下伏基岩为侏罗系上统蓬莱镇组砂岩(J3p) 砂岩、泥岩；k0+180-300 段道路地表为果园、荒地，但地势起伏稍大，地形最大高差约18m，地表主要为素填土、粉质粘土，厚度0.5 ～9.0 m；下伏基岩为侏罗系上统蓬莱镇组砂岩(J3p) 泥岩。剖面全长300 m。解释成果见附图所示：

图2 ①号道路测线电阻率反演成果图

根据等视电阻率断面图，推断了素填土、粉粘土与强风化砂岩三个主要的地层岩性分界面；三个层位变化较连续，在整条剖面上均有显示，未见缺失，表明地层稳定性较好。地表素填土厚度沿地形起伏变化，推断其厚度在2 m 内变化，视电阻率等值线主要呈不均匀分布的团状、块状高低阻体特征，主要与人工活动有一定关系。粉质粘土位于地表素填土下，厚度在2 ～4 m 内变化，视电阻率数值集中在20 Ω·m 内，在里程k0+180 m 内，该层位变化较连续；在k0+180 ～300 m 范围内，受地形变化影响，其电阻率等值线表现为团块状分布特征；强风化砂岩埋深在4 m 以下，层位连续，厚度较大，电阻率数值大于20 Ω·m，地层稳定性较好。另外，从断面图上看，没有明显的破碎带异常，推测此段落破碎带不发育。

3.2.2 ②号道路

②号道路为北西向展布，地表地貌主要为农田与荒地，地形变化较小；地表主要为人工填土、粉质粘土；下伏基岩为侏罗系上统蓬莱镇组砂岩(J3p)砂岩、泥岩。剖面全长约500 m，解释成果见附图所示：

图3 ②号道路测线电阻率反演成果图

根据等视电阻率断面图，推断了粉质粘土与强风化砂岩界面；粉质粘土只在剖面k0+150-540 段，厚度在0 ～10 m 内变化，整体电阻率数值较低，变化较连续；强风化砂岩在k0+50-150 段地表出露，该段第四系厚度较薄；在②号剖面，电阻率等值线断面图推断存在两处低阻破碎带；破碎带F1 埋深北深南浅，范围集中在k0+130-250 范围内，电阻率数值集中在20 Ω·m 内变化；破碎带F2 集中在k0+250-440 范围内，倾向与F1破碎带基本一致，但其深部延展较深，本次探测为探测其底界面，数值集中在20 Ω·m 内，其深部电阻率小于10 Ω·m，推测其可能破碎含水。

3.2.3 ③号道路

③号剖面全长360 m，地形起伏变化较小，地势较平坦，地表主要为人工填土、粉质粘土；下伏基岩为侏罗系上统蓬莱镇组砂岩(J3p)砂岩、泥岩；地层结构类似于15 号道路，解释成果见附图所示：

图4 ③号道路测线电阻率反演成果图

③号剖面推测素填土沿剖面连续变化，厚度集中在2 ～3 m 内，视电阻率等值线主要呈不均匀分布的团状、块状中低阻体特征，主要与人工活动有一定关系。粉质粘土受下覆不均匀分布强风化层砂岩影响，地层变化呈较明显“W”形态特征，电阻率数值在20 Ω·m 内，厚度变化不一；其中横向里程k0+0-60 与k0+290-310范围内，存在两个数值较低的团状低阻体，推断为含水体或软弱体的表现。强风化砂岩埋深在4 m 以下，层位连续，厚度较大，电阻率数值大于20 Ω·m，地层稳定性较好。在横向里程k0+150-210 之间，电阻率等值线存在较明显错动，不连续，电阻率数值较低，深部延展较大，推断为主要的破碎带范围，其深部电阻率数值小于10 Ω·m，推测其含水。

4 结论与建议

4.1 结论

根据本次高密度电法勘探结果，根据电阻率成果剖面图划分了三条道路地层，①号道路基岩稳定性较好；②号道路地层有两处低阻带，推测为破碎带。③号道路地层有一处低阻带，推测为破碎带。

4.2 建议

①号道路沿线部分段落地表分布素填土、杂填土及少量软塑状高压缩性粉质黏土等不良土体，不宜直接作为路基及结构物持力层，建议进行挖除，局部路段不良土体较厚时，可进行换填处理，分层夯实；或考虑地基加固处理，如碎石桩或水泥搅拌桩等处理。②号道路和③号道路受破碎带影响，区内土层不均，基岩风化作用强烈，有路基沉降风险，要加强路基稳定性。破碎带可能破碎含水，注意排水，避免路基破环。

本文对于地层的划分是基于测量的视电阻率结果，视电阻率是多种岩土的综合值，并非是单一对应的某种岩土，所划分地层岩性具有多解性，后续使用时应结合地质资料进行分析。