电法勘探在城区地面塌陷调查中的应用

杨泽宇 周志浩 何俊杰

（1、湖南城建职业技术学院，湖南 湘潭411101 2、湖南科技大学，湖南 湘潭411201）

1 概述

某建筑场地主要由第四系和白垩系灰质砾岩组成,地质构造复杂,断裂发育,其中有些是活动断裂,沿断裂带发育岩溶,在桩基施工过程中,部分场地发生地面塌陷, 严重威胁施工人员和建筑物安全, 为了房屋建设过程中人员安全和房屋建成后建筑物的稳定, 采用天然电场选频法和高密度电阻率法进行调查研究, 查明区内塌陷的具体分布、成因以及对工程建筑物的影响。

2 地质概况

建筑场地内分布的地层主要有第四系筻口组、白水江组、马王堆组、白沙井组、新开铺组、洞井铺组和白垩系戴家坪组(K2d)。

第四系为湘江Ⅱ级阶地沉积,岩性、厚度变化大,主要为粘土、粉质粘土、砂、圆砾和卵石等。

白垩系戴家坪组为褐红色灰质砾岩, 碎屑结构,块状构造,砾石以石灰岩为主,钙质胶结,砾石粒径多为0.2-5cm,溶洞或溶蚀现象呈串珠状发育,溶洞可见率为30%。洞高0.5～5.3m。洞内为半充填, 其充填物主要由可-软塑状粘性土、砂砾、岩石碎块等物质组成,呈松散状。

场区主要靠大气降水和地表水渗透补给,地下潜水位受地形和地表水体影响较大, 地下水类型主要为松散岩类孔隙水和裂隙溶洞水。

3 物探方法选择与勘探结果

为了查明地面塌陷的分布, 根据场地的地形、地质条件和物探方法特点,采用天然电场选频法和高密度电阻率法二种方法。

3.1 天然电场选频法

天然电场选频法的场源属于交变电磁场, 为音频大地电磁法的一种。通过测量音频段中大地电磁场产生的电分量来研究音频大地电磁特征,场源比较远的地方的大地电磁场,电磁波被视为垂直于地面入射,服从麦克斯韦方程组。在无磁介质中, 电磁波的穿透深度与介质电阻率大小成正比, 与电磁波频率的大小成反比,穿透深度δ(m)与介质的电阻率ρ、电磁波的频率f(Hz)之间关系为:

图1 天然电场选频法测线布置与物探异常分布图

图2 选11 测线天然电场选频法曲线图

实际工程中,同一测量点,地层的电阻率不变,通过调整选频仪档位, 选择不同频率的方法来勘探不同深度的岩土层的地质特征[1-5]。

测试采用的天然电场选频仪为TX-2 型,6 个频率档位f0、f1、f2、f3、f4和f5工作频率为15Hz～780Hz, 共布置了12 条天然电场选频法测线(图1、2), MN 电极距采用20m,测点间距2 米,在物探异常段加密。

3.2 高密度电阻率法

高密度电阻率法是基于岩土层的导电性差异, 通过人工向地下发送电流形成地下稳定的电流场, 通过仪器自动控制转换装置对所布设剖面布置的多个电极进行自动观测和记录的一种物探方法[6]。高密度野外测试E60M 高密度电法仪,在选频法异常强烈的地段布置测线2 条,采用恒压供电,用温纳、偶极和斯伦贝格装置,测量点距2m（图3）。

图3 高密度测线5 温纳装置视电阻率反演成果图

3.3 勘探结果

经过野外地质踏勘、天然电场选频法、高密度电阻率法等方法的勘探,以及室内资料综合分析等,在场地及其附近共发现中部、西南二个物探异常带,二个异常带呈“Y”形展布(图1)。

中部物探异常带:分布于场地的中部,近南北向展布,物异常区东西向宽约20 米,南北向长45 米,并沿南北方向往外延伸,垂向上异常分布于地面以下0-150 米范围内。推测该物探异常区为断层破碎带,岩溶发育、地下水活动强烈。

西南物探异常带:分布于场地的西南侧,西北向展布,物异常带宽约8 米,长约55 米,呈线状分布,沿场地北西方向往外延伸,垂向上异常分布于地面以下0-150 米范围内。

推测该物探异常带为断层破碎带,向下延伸较深,断层破碎带及其两侧岩土层性质差别较大。

物探异常带经钻探验证,异常强烈处都为断层破碎带,岩土层破碎,异常范围和深度与物探结论基本一致,在桩基施工过程中, 由于管桩成桩过程中柴油锤锤击振动导致地表土沿断裂破碎带或溶洞下陷,形成地面塌陷。

4 结论

某建筑场地在桩基施工过程中发生地面塌陷, 采用天然电场选频法、高密度电阻率法和钻探验证调查研究塌陷的位置和成因,通过二种方法在城区的地面塌陷勘探中的对比研究,认为天然电场选频法仪器轻便,勘探线布置灵活,勘探深度大,干扰因素较少,工作效率高;高密度电阻率法勘探成果直观,但电极布置受地形、电缆、房屋等因素影响较大,勘探布极工作量大。