高密度电法在公路工程地质勘察中的应用

高密度电法在公路工程地质勘察中的应用

周志勇

辽宁省公路勘测设计公司， 辽宁 沈阳 110001

摘 要：高密度电法勘探作为地球物理勘探的一个重要分支，在工程勘察中得到了广泛的应用，并取得了良好的应用效果。将高密度电法测得的数据进行成果解释与地质钻探、地质填图测得的地层信息相结合，取得了较好的勘察成果。高密度电法具有距离小、密度大、能反映基岩和地质构造波动等明显优势。作为显示电阻率测量的一种方法，当测量的工程条件比较复杂时，应注重测点，可以借助电测量仪采集数据，提高工作效率，在程控功能下可自动采集数据，提高采集精度。

关键词：高密度电法；公路工程；地质勘察；应用

一、高密度电法简介
　　1.高密度电法基本原理
　　高密度电法是一种工作效率较高的探测方法，复杂场地中通过增加测量中的测点密度，并借助电场作用，分析不同岩层的电场异常现象，反映出施工线路中岩层、地质构造等方面的问题。高密度电法的排列组合参数多种多样，电极转换灵活，可以实现地质纵向和横向的二维探测，收集目标区域的地质数据，为工程施工提供准确有效的地质信息。
　　2.设备组成
　　高密度电法数据采集系统由3部分组成，即主机、电路电极转换器、电极系统。测量系统具体流程分为三部分：开始前，将线接入多路电极自动转换系统，同时连接电法仪，使电极在采集过程中自动转换；测量时，利用单片机使其自动检查、自动控制位置变化、自动记录数据并存储电法仪中；测量后，数据在微机中得到处理，最后得到形象的数据图。
　　3.高密度电法的优势
　　相比传统的电阻率勘察法，高密度电法有其特有的优势。一是根据实际应用可以具体地进行排列扫描，使得到的地质信息更为准确。二是电极的布置可以一次性完成，降低了再布置的烦琐性和发生故障的可能性。三是高密度电法在采集数据时可以实现自动化或半自动化勘测，避免了人为失误。
　　4.高密度电法的注意事项
　　首先，要注意接地电阻和电极布置的问题。受施工现场的地质环境等因素影响，接地电阻和电极布置的技术难度较大。因此，在设计布置接地电阻和电极时，尽可能选择湿泥土区域，以水作为导电体，以保证高密度电法测试结果的准确性。为了保证公路工程的总体质量，在确定电极极距时要保证其精确度，确定好排列装置，同时应该多方位地分析所得到的信息。在实地勘测中，工作人员应注意以上与勘测相应的事项，努力降低人为原因造成数据错误或不准确的可能性。

二、高密度电法在公路工程地质勘察中的应用

高密度电法的基本原理与传统的电阻率法完全相同（即采用电极装置向地下发送人工直流电场，通过仪器接收直流电场流经地下不同地质体的电场信息，并对接收到的直流电场流经地下不同地质体的电场信息进行处理、分析解释，从而达到解决地质或工程问题的目的），不同的是高密度电法在观察中设置了较高密度的测点，它实际上是一种阵列勘探方法，现场测量时只需将全部电极设置在一定间隔的测点上，然后进行观测。在测量方法和仪器上采取了一些有效设计，使得数据采集系统有较高的精度和较强的抗干扰能力，从而获得较为丰富的地质信息。可以同时完成纵、横二维的过程，即同时完成电剖面和电测深两种形式的测量。在资料解释过程中，可采用多参数综合解释，因此，该方法集锦了常规电阻率的优点，弥补了常规电阻率法观测和解释中的不足。主要特点有以下几点。

（1）电极布设一次完成，测量过程中无须更换电极，因而可以防止因电极设置而引起的故障和干扰。

（2）能进行多种电极排列方式的测量，从而获得较为丰富的关于地电结构状态的地质信息。

（3）数据的采集和收录全部实现了自动化（或半自动化），不仅采集速度快，而且避免了由于人工操作所出现的误差和错误。

（4）实现资料的现场实时处理和脱机处理，根据需要自动绘制和打印各种成果图件，大大提高电阻率法的智能化程度。

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

1.物探设备与参数

高密度电法勘探仪的工作参数中，极距选择需要考虑各种因素，如勘探的深度、场地状况等，使用温纳装置将电极距离设置为2m；最大隔离系数设置为16。将采集到的数据通过仪器传送到计算机中，并转换格式，最后获得剖面图，然后根据电阻率的大小对电性差异进行解释。

2.测线布设

物探测线布置按设计任务委托书要求的位置、里程进行勘察。在野外物探测线测设时用已测设里程桩号为基准，用GPS-RTK、皮尺在现场按设计开辟各测线，最后根据场地内的已知坐标点绘制成图。测点距为1m。

3.仪器设备

本次物探工作使用的观测仪器为深圳市赛盈地脉技术有限公司生产的GD20高密度电阻率设备。工作仪器及各项辅助设备性能良好，满足工作要求。

4.野外工作方法及装置技术

高密度电法的电极装置采用温施装置，此种混编排法结合了两种不同排列法的探测特性。Wenner排列法对水平层状构造的解析力较佳，以及Schlumberger排列法对于垂直构造探测相对灵敏，混编取得了对于水平和垂向分布构造较为综合的探测排列法，对于地下情况不明或者较为复杂的场地特别适用，也因此对于该区域有较佳的解析能力。最小间隔系数为1，最大间隔系数为119，电极点距1m，排列电极总数根据现场确定，探测深度为15m~20m。野外数据采集注意事项：①利用孔位及皮尺布设电极，电极位置误差≤±20cm；②保证电极接地良好，数据采集前检测每个电极的接地电阻，必要时向电极处灌注盐水，以保证接地电阻≤5kΩ·m；③野外测试时详细填写野外班报，以供质量监控和数据处理；④采集过程全程监控，发现异常情况及时处理，保证采集数据的真实可靠。高密度电阻率法数据采集：①测量仪器连接；②依据测线位置将电缆和电极布置；③电缆与转换器连接；④输入参数并测量接地电阻；⑤接地良好后进入数据采集模式；⑥采集数据。其他野外数据采集均遵照国家颁部的有关规程或规范进行。

5.数据处理

将野外实测的数据传输到计算机中，通过专门的处理软件对野外实测的数据进行突变点的处理、地形改正等操作后成图。处理流程如下：数据采集→数据通信→参数处理→形成图像→图文处理→存盘→打印输出。最后，绘制出视电阻率断面图，依据视电阻率值的变化特征及结合钻探和地质调查资料做出地质解释。

6.高密度电法对岩溶勘察的效果

为了更好地勘察该工程的溶洞情况，使用温施装置的方法设置电极排列，采集与整理电极距离，清楚地得到勘察区域中存在的明显异常，说明出现异常的地方很有可能存在溶洞现象。为了更好地探明岩溶现象，在该区域填充大量低电阻率填充物，填充完毕后验证使用高密度电法勘察的结果。从勘察结果来看，高密度电法能有效判断地质土层分界位置，得到黏土层与岩石之间的层位距离，从而获得溶洞及岩溶裂隙的具体分布情况。在工程勘察中，使用钻探及地质调绘等相关技术手段对物探结果进行验证与修正，可以得到比较精确的地质剖面，从而为高速公路路基及桥梁设计提供充分的资料支撑。

结束语
　　随着我国公路建设的不断发展，公路勘察技术也在不断进步，以便更好地解决实际问题。高密度电法在公路工程中的应用，可以快速、准确地探测断层、断裂带、基岩边界、溶洞等地质构造。因此，在公路施工中，要根据实际情况提前采取相关措施，能有效提高施工质量和效率。实际工程应用表明，高密度电法准确有效，具有良好的应用前景和推广价值。
参考文献
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