高密度電阻率法在砼路面上的應(yīng)用

1、高密度電阻率法在砼路面上的應(yīng)用陳斌文 龔建平（江西省交通設(shè)計院 南昌 330002）摘 要：根據(jù)砼路面的可導(dǎo)電性，研究出如何在砼路面上進(jìn)行高密度電法測量的工作方法，并通過兩個工程實例來對其勘察效果進(jìn)行分析，得出在砼路面上采用該方法進(jìn)行勘察的可行性和有效性。關(guān)鍵詞：道路工程；高密度電阻率法；砼路面；導(dǎo)電性0 前 言高密度電阻率法作為一種新發(fā)展起來的電阻率方法，它集電剖面和電測深于一體，采用高密度布點進(jìn)行二維地電測量，提供的數(shù)據(jù)量大，信息多，且觀測精度高，速度快，探測的深度大且靈活。它廣泛應(yīng)用于工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘察中，且在高速公路的路基勘察中也越來越得到了廣泛的應(yīng)用，然而在進(jìn)行城市物探及在砼路面

2、這一特殊場地條件下進(jìn)行高密度電阻率法測量時，因為砼路面堅硬而無法將電極打入其中，以致使得高密度電阻率法不能進(jìn)行，它的作用受到很大限制。在此之前，有的勘察人員為了能在此種條件下進(jìn)行工作，通過采用風(fēng)鉆在砼中打一系列孔以將電極插入其中來進(jìn)行測量，但是這破壞了原有的砼路面，且工作效率很低，浪費的人力物力大，顯然這種方法是行不通的。因此找到一種能在砼路面中進(jìn)行高密度電阻率法測量而又不破壞原有砼路面的工作方法是非常必要的。筆者通過高密度電阻率法在昌金高速公路砼路面的應(yīng)用實例，對其方法進(jìn)行探討。1 方法簡介高密度電阻率法的基本原理與傳統(tǒng)電阻率法相同，它也是以巖土體的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究人工建立的

3、地中穩(wěn)定電流分布規(guī)律，解決水文、環(huán)境與工程地質(zhì)問題。高密度電阻率法的正演問題就是傳導(dǎo)類電阻率法的正演問題，也就是求解穩(wěn)恒點電源電流場的邊值問題。在已知的電阻率分布的求解區(qū)域中建立相應(yīng)的微分方程和邊界條件，確立未知的電位函數(shù)u0 (x,y,z)及其變換函數(shù)u(x,z)，使其在已知電介質(zhì)區(qū)域內(nèi)滿足相應(yīng)的微分方程和邊值條件。對于點源分布域內(nèi)均勻介質(zhì)，它們滿足泊松方程或亥姆霍茲方程： 式中:I-供電電流；M-觀測點坐標(biāo)；A-供電點坐標(biāo)；-空間波數(shù)。當(dāng)只考慮無源域時，u0(x,y,z)滿足拉普拉斯方程：。求解該方程，實際上就是尋找一個和方程描述的物理過程諸因素有關(guān)的場函數(shù)。一般來說，在復(fù)雜的地電結(jié)構(gòu)分布

4、中，我們采用數(shù)值模擬方法，如邊界單元法、有限單元法等。高密度電阻率法的野外工作，是將全部電極按一定等間距（最小極距a）沿測線一次性布設(shè)完畢，然后通過多芯專用電纜將電極連接到多路電極轉(zhuǎn)換器上，測量訊號由電極轉(zhuǎn)換開關(guān)送入多功能直流電測儀。處理時通過電測儀與微機(jī)的通訊，將采集的數(shù)據(jù)回放到微機(jī)中，進(jìn)而實施對原始數(shù)據(jù)的各種處理，并將結(jié)果用圖件直觀清晰地表示出來。高密度電阻率法的電極排列有溫納、偶極、微分、聯(lián)合剖面等十四種測量裝置，勘探系統(tǒng)示意圖見圖1：圖1 高密度電阻率法勘探系統(tǒng)示意圖測區(qū)場地為已鋪墊層的路段，墊層為堅硬的砼，厚30-50CM，測量電極無法打入砼中，并且砼經(jīng)太陽爆曬，很干燥。要在砼路面這

5、一特殊場地條件下進(jìn)行測量，首先必須弄清楚砼路面是否能夠?qū)щ姡駝t充電電流無法充入地下，測出結(jié)果就無法真實地反映地下的地質(zhì)情況。經(jīng)實驗測定可知，砼按配合比為四車（建筑工地常用的手推翻斗車）石：三車沙：兩包水泥制作的砼標(biāo)本，標(biāo)本經(jīng)干燥后，測量其電阻率結(jié)果為，因此砼路面實際上是能夠?qū)щ姷?。水泥主要由硅酸鹽組成，其中夾有少量的煤灰和粘土。分析砼導(dǎo)電的原因，含有少量的煤灰是一個因素，其次可能是在砼凝固后，夾在其中的水份象小氣泡一樣成蜂窩狀永久地保留在里面，從而使得砼導(dǎo)電。在得知砼能夠?qū)щ娭?，接下來要做的就是想辦法使測量電極與砼路面接觸良好，以使足夠大的電流充入地下。經(jīng)實驗測定，在砼路面上按等間距堆一堆

6、潮濕的粘土，每堆粘土重7-10斤為宜，并且在粘土與砼路面之間加水保濕，以使粘土與砼耦合良好，然后在每堆粘土上插上電極進(jìn)行測量，這樣測出的電極接地電阻均小于100歐*米，并且測出的地層電阻率非常穩(wěn)定。由此可知，采用該種方法進(jìn)行測量是可行的。2 應(yīng)用實例分析 為了對用此種方法在砼路面進(jìn)行勘察的效果加以驗證，現(xiàn)舉兩個在滬瑞高速公路（昌傅至金魚石段）中已鋪墊層路段的勘察實例加以分析：2.1K438+800K439+700測段該段砼墊層厚約30cm,下為長石石英砂巖、炭質(zhì)頁巖及煤層，其中K438+980K439+700段為填方段，填土高度為6-8m，往下為粘土層，下伏基巖為灰?guī)r。本次勘察采用WN裝置，道

7、間距為4m，最大隔離系數(shù)為16，沿中線兩側(cè)7m處各布置測線一條。下圖為該段兩個排列的視電阻率反演斷面圖：圖2 圖3從圖中可以看出，砼路面由于太陽爆曬，較為干燥，電阻率較大，均大于500歐*米，與其下的長石石英砂巖及壓密的路基填土的電阻率相近。圖2為K438+324564段離中線左側(cè)7m處的一個排列，圖中上部高阻體為砼與長石石英砂巖的風(fēng)化層，視電阻率大于500歐*米，厚5-12m不等，其下低阻體為炭質(zhì)頁巖及煤層，視電阻率小于500歐*米。根據(jù)該段開挖情況看，該段上部為長石石英砂巖，局部出現(xiàn)炭質(zhì)頁巖及煤層，右側(cè)山坡處已開采過煤，這與上述解釋情況比較相符。圖3為K439+040280段離中線左側(cè)7m

8、處的一個排列，圖中上部高阻體為砼與經(jīng)壓密的路基填土，視電阻率均大于300歐*米，厚6-8m，往下為粘土層及砂層，視電阻率小于300歐*米，下伏基巖為灰?guī)r，視電阻率大于300歐*米，巖面起伏較大，埋深為25-31m（含路基填土高度）。從該段路線縱斷圖和附近橋位鉆孔資料可知該段填土高度6-7m，基巖埋深23-26m（不含路基填土高度），這與解釋結(jié)果也相當(dāng)吻合。2.2K420+000K421+000測段該段砼厚約50CM，墊層下為路基填土及含碎石紅粘土，下伏基巖為炭質(zhì)頁巖及灰?guī)r。本段勘察采用WN裝置，道間距為4m，最大隔離系數(shù)為16，沿中線左側(cè)7m處布置測線一條，右側(cè)因正在施工未布置測線。下圖為該段

9、兩個排列的視電阻率反演斷面圖： 圖4 圖5從圖中可以看出，砼與下伏路基填土的視電阻率有較大的差異，在視電阻率反演斷面圖上表現(xiàn)為一薄層低阻體，視電阻率為100-200歐*米，厚0.4-0.6m，砼表現(xiàn)為相對低阻體的原因可能是由于砼中含水所致，因為在測量前下了一整天雨，從而使得砼中富含水分。圖4為K420+578818段離中線左側(cè)7m處的一個排列，圖中可以很明顯的劃分出砼與下伏路基填土的界線及砼的厚度，下伏路基填土與含碎石紅粘土因其較密實，表現(xiàn)為相對高阻體。圖5為K420+698938段離中線左側(cè)7米處的一個排列，圖中表層低阻體為含水的砼，厚度比較穩(wěn)定，往下高阻體為路基填土及含碎石紅粘土，下伏低阻體為基巖炭質(zhì)頁巖夾灰?guī)r。3 結(jié) 語從上面兩個工程實例中可以看出，利用在砼路面上按等間距堆一系列潮濕的泥巴團(tuán)，用水使泥巴團(tuán)與砼路面耦合良好，然后在泥巴上插上一系電極進(jìn)行高密度電阻率法測量的方法是比較有效的，并且勘察效果較好，能夠清楚劃分出地下巖層的分界線、覆蓋層的厚度、下伏基巖的起伏情況及圈定地下的不良地質(zhì)體。同時該方法操作簡單、使用方便，且不會破壞原有路面，與在砼路面上用風(fēng)鉆打孔來固定電極進(jìn)行測量的方法相比，它工作