高密度电法在桥梁基础勘测中的应用

张振利,张洪亮,车殿国,袁佩杰

（黑龙江省公路勘察设计院）

1 前言

拟建汕昆高速公路阳朔至鹿寨第A合同段位于广西壮族自治区东北部地区。线路区域位于喀斯特地貌区,地下灰岩层溶洞发育,据钻孔揭示,溶洞发育无明显规律,且小型断裂密布测区,这些不良地质现象严重影响着桥梁基础的设计,而且又不能完全通过钻孔查明,所以采取物探方法解决该问题。本次勘探采用高密度电法手段,重点对K13+550马桥河大桥等构造物基础进行勘探。本文以此桥为例简单介绍勘察结果。

从前期的工程勘察结果来看,工区表面均有浮土、种植土以及其他第四纪土覆盖,基岩以灰岩、硅质灰岩、炭质灰岩、泥质灰岩等为主,地下水位在基岩面以上。因此,测区的电性特征大体上为地表土电阻率较高,在地下水位以下土的电阻率较低,裂隙发育的基岩电阻率较低,完整的基岩电阻率较高。没有填充物或者有松散充填物的溶洞表现为高阻,有粘土充填的溶洞一般表现为低阻,由于地下水位较浅,断层一般表现电阻率较低。因此工区内不良地质体具有很好的电法探查前提。

2 测线布置和物探方法技术

2.1 测线布置

对于大桥桥墩位不良地质体的物探勘察,沿桥墩中线布设一条横剖面,由于马岭河大桥横穿马岭河,因此在河南面布置了ZP-1、ZP-2两条纵剖面,河北面布置了ZP-3、ZP-4两条纵剖面。

2.2 物探方法技术

高密度电法是对常规电法的一种综合,兼具剖面法与电测深的效果,它是一种阵列勘探方法,野外测量时只需将全部电极（几十至上百根）置于测点上,然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪实现数据的快速和自动采集。当测量结果送入微机后,还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种物理解释的结果。

高密度电阻率法同常规电阻率剖面法、测深法相比,既能提供探测地质体在某一深度沿水平方向的电性的变化趋势,也能反映地质体在沿垂直方向不同深度电性的变化情况,该方法能从二维断面上反映出探测地质体的电性畸变特征。

当溶洞、暗河等不良地质体存在时,其电阻率与周围、土体的电阻率具有明显的差异,通过数据处理,绘制电阻率的等值线图,可以明显的示出溶洞、断层等不良地质体的存在。图示直观,易于分辨。本次高密度电阻率法采用适用重庆奔腾数控技术研究所生产的WDJD-2型高密度电阻率仪。桥墩横剖面采用2m电极距、纵剖面采用5m电极距,大坪子隧道采用5m电极距、闸门坳1#隧道和闸门2#隧道采用8m电极距,每条测线采用α2装置（施伦贝尔装置）。

3 资料整理和解释

高密度电阻率数据进行了分析、编辑和2.5维反演解释,绘制视电阻率拟断面图和反演电阻率断面图。由于反演过程中,程序对数据进行一定的圆滑,反演结果可能导致一些有效信号丢失,因此资料解释尽量结合视电阻率拟断面图和反演电阻率断面图进行。下面以马岭河大桥为例此方法解释。

3.1 WZ13095线

图1为WK13095线物探综合成果图。该线50 m处对应于钻孔ZK 13095。从反演电阻率断面图可以看出,该剖面大致分为三层,其中上层比较薄、电阻率较高,推断为不含水的细砂；中层电阻较低,推断为含水较丰富的圆砾；下层电阻率较高,推断为灰岩。从视电阻率拟断面图来看,44～54m处有一局部低阻异常,推断为溶洞,顶深约为8m,62～74m出有一局部低阻异常,推断为溶洞,顶深约为9m。

图1 反演电阻率断面图

图2 物探推测剖面图

3.2 WZ13125线

该线70m处对应于钻孔ZK 13125。从反演电阻率断面图可以看出,该剖面大致分为两层,其中上层比较薄、电阻率较高,推断为不含水的细砂；下层电阻率较低,推断含水率较高的砾石和裂隙较为发育的灰岩。

3.3 WZ13155线

该线50m处对应于钻孔ZK 13125。从反演电阻率断面图可以看出,该剖面大致分为两层层,其中上层比较薄、电阻率较高,推断为不含水的细砂；下层电阻率较低,推断含水率较高的砾石。该线没有溶洞发育。

3.4 WZ13185线

该线70m处对应于钻孔ZK 13185。从反演电阻率断面图可以看出,该剖面右上方电阻率较低,左下方电阻率较高,推断为右上角主要为含水较为丰富的角砾和圆砾组成,左下角主要为裂隙一般发育的灰岩。从视电阻率来看,60～68m、64～76m以及80～95m处出现局部低阻异常,推断为含水并有充填物充填的溶洞,洞顶深分别约为15m、12m和12m。

3.5 ZP-4线

该线30m和90m处对应于钻孔ZK13155和ZK 13095。从反演电阻率断面图可以看出,该剖面大致可以分为三层,上层电阻率较高,厚度较薄,推断为干燥的细砂或者角砾组成；中层电阻率较低,主要为含水丰富的砾石组成,往小号点（向西）厚度增大；下层电阻率一般,推测为裂隙较为发育的灰岩。从视电阻率拟断面图来看,44～52m、62～66m、68～84m、86～94m处有局部电阻率低异常,推断为含水及其他充填物的溶洞,洞顶深约为20m、12.5m、11m、10.5m。

4 结论

本次物探工作对大部分已知溶洞都有异常反映,说明本次物探工作有一定成效,推断结果有一定的可靠性,能够较好的解决由于钻探数量不足而引发勘探精度不足的问题。但是由于本次物探工作采用的高密度电法是以地下电性差异为基础的,所以只能探测出与围岩有电性差异的溶洞和破碎带等。进一步验证是有必要的。