高密度电法勘探的应用分析_李艳

第11卷 第12期 中 国 水 运 Vol.12 No.11 2011年 12月 China Water Transport December 2011
收稿日期：2011-09-15
作者简介：李 艳，灌云县建科建筑工程质量检测中心。

高密度电法勘探的应用分析
李 艳
（灌云县建科建筑工程质量检测中心，江苏 连云港 222200）
摘 要：运用温纳剖面法、施伦贝尔测深法对下洞室进行勘测，从测量结果来看，施伦贝尔测深法在接地条件较差时，所测得数据偏离较大，不能采用。

温纳剖面法所测数据虽然可以采用，但是在反演过程中误差较大。

在实际应用中宜改善接地条件并选择合适的勘测方法。

关键词：高密度电法；温纳剖面法；施伦贝尔测深法；接地条件
中图分类号：P631.3 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）12-0243-02
前言
高密度电法在岩溶勘察、找水等方面已经得到了较为广泛的应用[1-3]，气反演程序也较为成熟，此种勘察手段在接地条件较好的情况下，如电极布设在土壤中，测量数据经过反演后能够较好的反应实际情况。

但是在接地条件较差时，反演误差较大，结果不可信。

对两种勘测方法的比较中发现，施伦贝尔测深法效果较差，说明此种方法在接地条件较差的情况下不可用，温纳剖面法测得数据在反演中误差较大，但是把数据绘成等值线进行推断，推断结果可信。

因此，在接地条件较差时，测量方法应选择剖面法而不是测深法，在对测量数据进行解译时，不宜地数据进行反演，可以直接用视电阻率等值线图来推断。

一、高密度电法工作原理
高密度电法是工程物探有效方法之一，由常规电法发展而来[4]，就其原理而言，与常规电阻率法完全相同，仍然以岩、土的电性差异为基础，通过观测和研究人工建立的地下稳定电场的分布规律来解决矿产资源、环境和工程地质问题。

当人工向地下加载直流电流时，在地表利用相应仪器观测其电场分布，研究在施加电场的作用下，地层中传导电流的分布规律即视电阻率的分布规律，根据不同部位电阻率的差异性来推断岩溶发育情况等。

高密度电阻率法的物理前提是地下介质间的导电性差异。

和常规电阻率法一样，它通过A、B 电极向地下供电流I，然后在M、N 极间测量电位差ΔV，从而可求得该点（M、N 之间）的视电阻率值ρs =KΔV/I。

根据实测的视电阻率剖面，进行计算、分析，便可获得地下地层中的电阻率分布情况，从而可以划分地层，判定异常等。

图1为高密度电法的工作示意图。

数据处理部分
数据采集部分
图1 高密度电法系统示意图
二、高密度电法的特点
高密度电阻率法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电测仪便可实现数据的快速和自动采集。

当测量结果传送至电脑后，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。

相对于常规电阻率法而言，它具有以下特点：
（1）电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。

（2）能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。

（3）野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快（大约每一测点需2~5s），而且避免了由于手工操作所出现的错误。

（4）可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态，脱机处理后还可以自动绘制和打印各种成果图件。

（5）与传统的电阻率法相比，成本低、效率高、信息丰富、解释方便、勘探能力显著提高。

三、结果讨论
在某工程中对温纳剖面法、施伦贝尔测深法进行了比较分析。

勘察路线约1Km，针对勘察路段的岩溶发育规律，为了达到应有的勘察深度拟选用温纳剖面法、施伦贝尔测深法两种测量方法，具体的参数相同，电极间距为4m，最大电极数60根，最大隔离系数为10，最小隔离系数为1。

测线长度为236m，理论勘察深度为40m，符合勘察要求。

图2 温纳剖面法成果反演图
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图3 施伦贝尔测深法成果反演图
图2为温纳剖面法成果反演图像，反演误差为43.9%，迭代次数为7次，反演结果可信度较低。

图3为施伦贝尔测深法成果反演图像，反演误差为122%，迭代次数为6次，反演结果可信度非常低。

而且两种的方法所得数据在反演时收敛极限几乎为零，即反演已经到了极限步骤，无法继续反演。

根据该地段的岩溶发育规律可知，发育较大溶洞的可能性较小，溶洞内多为粘土充填，所以在推断时应选择低阻区为可能存在溶洞的区域。

从图2中可以看出低阻区分布比较集中，区域较大，发育如此大的溶洞可能性较低，所以反演的结果不能采用。

而图3中的图像，杂乱无章毫无规律可言，甚至出现不正常的现象，如对称出现的高阻区。

可以说施伦贝尔测深法在该地段的勘察基本失效。

为了证明接地条件较差时反演结果不理想，把电极布设在土壤中，用温纳剖面法测得一段数据，如图4所示。

所用电极总数为24，最大隔离系数为7，反演误差为9.4%，迭代次数为10次，而且在反演过程还未达到收敛极限。

可以看出，在
接地条件较好时，数据反演的结果也具有较高的可信度。

图4 电极布设在土壤中的数据反演图 四、结论
根据高密度电法在实际工程中应用可以得到如下结论： （1）高密度电法勘探具有成本低、效率高、解译方便等特点。

（2）在接地条件较差时，温纳剖面法的测量效果远大施伦贝尔测深法，实际运用时宜选择剖面法。

（3）接地条件较差时所测得的数据在反演时误差较大，可信度偏低，解译时不可迷信反演结果。

参考文献
[1] 刘晓东，张虎生，黄笑春等.高密度电法在宜春市岩溶地
质调查中的应用[J].中国地质灾害与防治学报，2002，13（1）：72-75.
[2] 田玉昆，刘怀山，张晶等.高密度电法寻找地下水在即墨
地区的应用[J].工程地球物理学报，2008，5（6）：670-674. [3] 祁明星，白军会.高密度电法勘察地下防空洞的效果[J].
石油仪器，2008，22（6）：56-59.
[4] 江玉乐，张楠，周清强，等.高密度电法在岩溶路基勘察
中的应用[J].物探化探计算技术，2007，29（6）：511-516.
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（2）施工设备选择的原因。

PHC 管桩施工设备通常应先根据地层状况估算沉桩阻力来选择适当设备，并通过试沉桩来验证沉桩工艺的可行性；但实际因施工单位自身配备机具的有限性，常出现沉桩能力与地层不相称的情况，如沉桩机具能量过大，就出现停打时贯入度偏大的假象。

5．对无法沉桩至设计高程问题的分析PHC 管桩施工中常出现无法沉桩至设计要求的高程的情况，经分析可采取如下措施。

（1）采用PHC 管桩施工的工程，必须加强对勘察报告的理解力度，彻底查明地层变化起伏及性质，在施工中特别注意。

而露桩不一定需截桩，截桩时需经设计批准，保留桩身配筋，在桩头按设计要求配置锚固钢筋和加强钢筋，严格控制填芯混凝土质量，保证承台与桩基的可靠连接。

（2）应根据地质情况选择适当的沉桩设备，桩机能量不能过大或过小，在没有当地或类似地层的施工经验时应进行试沉桩，以确定相应的沉桩设备和工艺。

沉桩难易（沉桩总锤击数、贯入度大小）与沉桩设备、施工方法、土层特性等密切相关，不能以此判定单桩承载力能否达到设计要求，应以单桩静载荷试验确定单桩承载力和终止沉桩的标准。

6．安全问题
施工过程中必须根据安全管理的有关规定建立健全项目的各有关管理制度，在项目内部落实安全管理责任制，建立考核制度，实施奖罚措施，以及桩机资质及特种作业上岗证等必须齐全。

除此之外，还必须注意以下几个事项：
1．吊装起重作业前，应检查起重设备部件紧固程度，钢丝绳是否磨损。

喂桩过程中，挂桩小钩外必须系好风缆绳，确保控制桩吊运中的方向，禁止拖桩及突然用力，以防发生与桩机、吊车相碰事故，并有专人指挥作业。

2．施工完毕的桩的桩头上面要加盖，以防行人或杂物等掉陷。

八、结束语
PHC 管桩的单位承载力造价是各种桩型中较低的，且综合经济效益指标也好于其他桩型。

通过本工程段的施工，我们对PHC 管桩的施工工艺有了较为深入的理解。

本文所述的施工经验，只是抛砖引玉，供各位同仁参考。

参考文献
[1] JTG041-2000，公路桥涵施工技术规范[S]. [2] JGJ94-94，建筑桩基技术规范[S].
[3] GB50007-2002，建筑地基基础设计规范[S]. [4] 03SG409，预应力混凝土管桩[S].
[5] 沪DBJT08-92-2000，先张法预应力高强混凝土管桩[S].。