高密度電法對施工過程的事前控制研究

楊承民，謝卓利，劉 攀，湛 一

(重慶交通大學 河海學院，重慶 400041)

1 引 言

近年來，工程建設數量和規模都有較大提升，部分地質災害頻發。在這種情況下，人們開始重視工程事前控制的重要性，盡可能避免不良地質現象導致的各種工程事故發生。特別是對于有灰巖的地區，灰巖屬于可溶性碳酸鹽巖，存在灰巖的地區往往很容易發生溶蝕的現象，當灰巖從基巖中溶蝕開始發展到一定的程度時，在建筑物地下水動力條件的改變或者建筑物工程施工振動等各種外因的誘發下，不僅可能會直接導致地基巖體表面的起伏很大，還可能會使其產生更多的溶蝕帶、溶洞、土洞等不良的地質現象，會嚴重的影響其利用率到工程質量與建設進度，呈現出災害的突發性強、影響范圍廣、演化速度快等特征。本文就重慶市黔江區正陽街道的邊坡工程為例，采用高密度電法勘探不良地質情況，說明事前控制的重要性。該段附近一直有居民住宅，建筑物數量非常密集，地下水管線數量相對較多，地質環境條件較為復雜。為了檢測和查明該礦區域的巖溶生長發育狀態，結合當地的地質構造狀態，經過綜合篩選，采用了高密度水電法方式進行巖溶生長勘察，其結果與實際鉆探的結果相當吻合，取得了良好的效果。經與現場工程的地質調查及鉆孔數據的對比分析，查明了沿線各段的巖溶性空間的分布。

2 檢測措施

2.1 高密度電法

高密度晶體電阻的斜率檢測法主要特點是集一種高密度晶體電阻的斜率法檢測深的方法和一種高密度晶體電阻率檢測剖面法于二身一體的多功能檢測裝置，多極距技術組合的一種高效檢測電阻方法。它具有一次進入布極后就實現可以直接同時進行各種設備檢測數據采集和通過對各種檢測設備的信號求取相同測量比值的檢測參數的功能，從而有效地同時突出不同的異常檢測信息，信息量多并同時具有采集觀測數據精度高、速率快、檢測數據深度靈活等強大優勢。地面高密度直流電法所需要采用的測量儀器系統類型一般為80 duk-2高密度直流電法勘察測量儀器系統，由多功能直流電極加法儀和多路多點接地直線電極電流轉換器及一個多路多線接地直流電極等多個部分部件組成，儀器的測量性能良好，技術指標主要測量內容描述如下：(1)測量儀器的電極絕緣性能特性良好，各個線路測程的輸入阻抗阻值不應不得超過30 mΩ，線路之間的電極絕緣特性電阻阻值不應不得超過500 mΩ/100 V。(2)電極轉換器的電極線路總數不應控制為60路，測量最大高頻工作電壓+4V，測量誤差+1%+1個壓制數字，測量工頻電流壓制準確度+0.6%，測量工頻電流壓制分辨率0.01 mA，對50 Hz工頻電流壓制測量精度不應優于80 dB。(3)實現全數字化自動測量，對于自然的電位和其他的電極都進行了自動的極化和補償；屏幕上的液晶漢字顯示且所有測試資料均為自動儲存；這些數據都能夠直接被傳入到計算機上以便進行數字化的解釋。數據可直接傳入計算機進行數字化解釋。

2.2 鉆芯法

鉆芯法主要就是采用大型鉆芯多孔鉆探的技術，沿著樁身的不同方向進行鉆取基層混凝土芯樣，對其具體巖性特征進行了仔細觀察和利用計算機的測試，以準確判別具體一個地層巖性，這也是對一個地層具體巖性進行判斷最直觀的一種技術方法。地下巖土體的具體情況需要結合鉆芯孔數、現場巖芯樣特征、芯樣RQD值等結果作出綜合判斷。

3 工程實例

該項目用地位于重慶市黔江區正陽街道積富社區三組。地塊中心點坐標(2 000坐標系)為X=3 261 137.759，Y=579 057.863，到黔江區政府所在地東南方向直線距離約為 2.2 km。該項目的地形大致規劃呈南北方向走勢，西側為城市規劃二路，向北向南延伸將成為一條城市交通主干道，東側為城市規劃一路。該地塊項目開發場地南北向總建筑寬度為355 m，東西向總建筑寬度為220 m，總規劃建筑面積用地和總面積分別合計為：66 397.2 m2和66 403.32 m2。谷地總體地形中部靠南側高北、向兩側低，中部谷底高程為527.87 m，向北西側地形逐漸降低，北西部漁塘為場區最低點，地面高程為510.80 m；南部谷地最低點，地面高程為518.48 m。

圖象分析。根據地調資料，地層上部為填土、粘土，基底巖層為角礫巖。上部覆蓋層與基底的電性差異較明顯，具備電法勘探的地質地球物理條件。場地較開闊，較平整。高密度電法勘探WT2—WT2′測線長300 m，成果圖見圖1。剖面土層厚度變化較大，一般約為0～10.0 m。該剖面約在234～260 m處發現視電阻率低值異常，推測為巖溶發育區。對于該剖面其余地段，上覆土層及下覆基巖視電阻率值較穩定均勻，未發現大的隱伏巖溶的發育。

圖1 WT2—WT2′剖面高密度電法成果圖

3.2 鉆芯法驗證

根據高密度電法的成果圖，以及考慮到巖溶會對工程建設帶來安全隱患，嚴重影響邊坡的穩定性。采用鉆芯法進行鉆探取芯，從鉆孔取芯結果可以看出，巖芯3.0～5.0 m段芯樣松散、含泥甚至缺失，初步斷定孔下存在溶洞，這和高密度電法的檢測結果相吻合。之后采取灌注法加固了地基，避免了嚴重的工程事故。

4 結 論

對于未知的災變，我們應做好事前控制以確保施工的安全性和災害來臨時圍護結構不被破壞。對于可能出現的巖溶這種潛在的自然災害誘發因素，在開始布線工作之前就應該要深入研究本區域的地質與構造情況并且做好野外勘察，對本區域內可能存在的巖溶形成與發育的位置進行初步的定位，才能夠更好的指導野外布線及數值分析的工作。當接地處的地下電阻率比較大時，可以考慮上附土層的方法，由此可以有效減少地下或者是臨近構筑物對電阻率的干擾，當在進行實際工程中，地面上噴一些氯化納溶液也可以說是一個不錯的做法，可以通過增大離子的流動，增大一些電壓來創造一個適合于電子流動的環境。有時數據反演可能出現誤差，當發現反演結果與實際不符，依據現場的測試結果為準，從而大致反映溶洞的分布情況。將高密度電法勘探與實際工程的現場調查、鉆探以及探槽作對比，驗證了高密度電法在對不良地質條件探測的可靠性，能探測出卡斯特地貌地區如巖溶裂隙、空洞、落水洞、土洞等空間分布及大致規模。雖然現在這種方法已被廣泛運用，但仍有一些局限，如上表層的低阻異常區域受干擾有時會出現與實際異常區域范圍差別較大的情況。在地質條件復雜的區域，加密探測提高影像準確性，并采用組合式方法對工程進行事前控制是可行的手段。