高密度电阻率法在砼路面上的应用

1、高密度电阻率法在砼路面上的应用陈斌文 龚建平（江西省交通设计院 南昌 330002）摘 要：根据砼路面的可导电性，研究出如何在砼路面上进行高密度电法测量的工作方法，并通过两个工程实例来对其勘察效果进行分析，得出在砼路面上采用该方法进行勘察的可行性和有效性。关键词：道路工程；高密度电阻率法；砼路面；导电性0 前 言高密度电阻率法作为一种新发展起来的电阻率方法，它集电剖面和电测深于一体，采用高密度布点进行二维地电测量，提供的数据量大，信息多，且观测精度高，速度快，探测的深度大且灵活。它广泛应用于工程地质和水文地质勘察中，且在高速公路的路基勘察中也越来越得到了广泛的应用，然而在进行城市物探及在砼路面

2、这一特殊场地条件下进行高密度电阻率法测量时，因为砼路面坚硬而无法将电极打入其中，以致使得高密度电阻率法不能进行，它的作用受到很大限制。在此之前，有的勘察人员为了能在此种条件下进行工作，通过采用风钻在砼中打一系列孔以将电极插入其中来进行测量，但是这破坏了原有的砼路面，且工作效率很低，浪费的人力物力大，显然这种方法是行不通的。因此找到一种能在砼路面中进行高密度电阻率法测量而又不破坏原有砼路面的工作方法是非常必要的。笔者通过高密度电阻率法在昌金高速公路砼路面的应用实例，对其方法进行探讨。1 方法简介1.1高密度电阻率法的基本原理高密度电阻率法的基本原理与传统电阻率法相同，它也是以岩土体的导电性差异为

3、基础，通过观测和研究人工建立的地中稳定电流分布规律，解决水文、环境与工程地质问题。高密度电阻率法的正演问题就是传导类电阻率法的正演问题，也就是求解稳恒点电源电流场的边值问题。在已知的电阻率分布的求解区域中建立相应的微分方程和边界条件，确立未知的电位函数u0 (x,y,z)及其变换函数u(x,z)，使其在已知电介质区域内满足相应的微分方程和边值条件。对于点源分布域内均匀介质，它们满足泊松方程或亥姆霍兹方程： 式中:I-供电电流；M-观测点坐标；A-供电点坐标；-空间波数。当只考虑无源域时，u0(x,y,z)满足拉普拉斯方程：。求解该方程，实际上就是寻找一个和方程描述的物理过程诸因素有关的场函数。

4、一般来说，在复杂的地电结构分布中，我们采用数值模拟方法，如边界单元法、有限单元法等。高密度电阻率法的野外工作，是将全部电极按一定等间距（最小极距a）沿测线一次性布设完毕，然后通过多芯专用电缆将电极连接到多路电极转换器上，测量讯号由电极转换开关送入多功能直流电测仪。处理时通过电测仪与微机的通讯，将采集的数据回放到微机中，进而实施对原始数据的各种处理，并将结果用图件直观清晰地表示出来。高密度电阻率法的电极排列有温纳、偶极、微分、联合剖面等十四种测量装置，勘探系统示意图见图1：图1 高密度电阻率法勘探系统示意图1.2工作依据及方法测区场地为已铺垫层的路段，垫层为坚硬的砼，厚30-50CM，测量电极无

5、法打入砼中，并且砼经太阳爆晒，很干燥。要在砼路面这一特殊场地条件下进行测量，首先必须弄清楚砼路面是否能够导电，否则充电电流无法充入地下，测出结果就无法真实地反映地下的地质情况。经实验测定可知，砼按配合比为四车（建筑工地常用的手推翻斗车）石：三车沙：两包水泥制作的砼标本，标本经干燥后，测量其电阻率结果为，因此砼路面实际上是能够导电的。水泥主要由硅酸盐组成，其中夹有少量的煤灰和粘土。分析砼导电的原因，含有少量的煤灰是一个因素，其次可能是在砼凝固后，夹在其中的水份象小气泡一样成蜂窝状永久地保留在里面，从而使得砼导电。在得知砼能够导电之后，接下来要做的就是想办法使测量电极与砼路面接触良好，以使足够大的

6、电流充入地下。经实验测定，在砼路面上按等间距堆一堆潮湿的粘土，每堆粘土重7-10斤为宜，并且在粘土与砼路面之间加水保湿，以使粘土与砼耦合良好，然后在每堆粘土上插上电极进行测量，这样测出的电极接地电阻均小于100欧*米，并且测出的地层电阻率非常稳定。由此可知，采用该种方法进行测量是可行的。2 应用实例分析 为了对用此种方法在砼路面进行勘察的效果加以验证，现举两个在沪瑞高速公路（昌傅至金鱼石段）中已铺垫层路段的勘察实例加以分析：2.1K438+800K439+700测段该段砼垫层厚约30cm,下为长石石英砂岩、炭质页岩及煤层，其中K438+980K439+700段为填方段，填土高度为6-8m，往下

7、为粘土层，下伏基岩为灰岩。本次勘察采用WN装置，道间距为4m，最大隔离系数为16，沿中线两侧7m处各布置测线一条。下图为该段两个排列的视电阻率反演断面图：图2 图3从图中可以看出，砼路面由于太阳爆晒，较为干燥，电阻率较大，均大于500欧*米，与其下的长石石英砂岩及压密的路基填土的电阻率相近。图2为K438+324564段离中线左侧7m处的一个排列，图中上部高阻体为砼与长石石英砂岩的风化层，视电阻率大于500欧*米，厚5-12m不等，其下低阻体为炭质页岩及煤层，视电阻率小于500欧*米。根据该段开挖情况看，该段上部为长石石英砂岩，局部出现炭质页岩及煤层，右侧山坡处已开采过煤，这与上述解释情况比较

8、相符。图3为K439+040280段离中线左侧7m处的一个排列，图中上部高阻体为砼与经压密的路基填土，视电阻率均大于300欧*米，厚6-8m，往下为粘土层及砂层，视电阻率小于300欧*米，下伏基岩为灰岩，视电阻率大于300欧*米，岩面起伏较大，埋深为25-31m（含路基填土高度）。从该段路线纵断图和附近桥位钻孔资料可知该段填土高度6-7m，基岩埋深23-26m（不含路基填土高度），这与解释结果也相当吻合。2.2K420+000K421+000测段该段砼厚约50CM，垫层下为路基填土及含碎石红粘土，下伏基岩为炭质页岩及灰岩。本段勘察采用WN装置，道间距为4m，最大隔离系数为16，沿中线左侧7m处

9、布置测线一条，右侧因正在施工未布置测线。下图为该段两个排列的视电阻率反演断面图： 图4 图5从图中可以看出，砼与下伏路基填土的视电阻率有较大的差异，在视电阻率反演断面图上表现为一薄层低阻体，视电阻率为100-200欧*米，厚0.4-0.6m，砼表现为相对低阻体的原因可能是由于砼中含水所致，因为在测量前下了一整天雨，从而使得砼中富含水分。图4为K420+578818段离中线左侧7m处的一个排列，图中可以很明显的划分出砼与下伏路基填土的界线及砼的厚度，下伏路基填土与含碎石红粘土因其较密实，表现为相对高阻体。图5为K420+698938段离中线左侧7米处的一个排列，图中表层低阻体为含水的砼，厚度比较稳定，往下高阻体为路基填土及含碎石红粘土，下伏低阻体为基岩炭质页岩夹灰岩。3 结 语从上面两个工程实例中可以看出，利用在砼路面上按等间距堆一系列潮湿的泥巴团，用水使泥巴团与砼路面耦合良好，然后在泥巴上插上一系电极进行高密度电阻率法测量的方法是比较有效的，并且勘察效果较好，能够清楚划分出地下岩层的分界线、覆盖层的厚度、下伏基岩的起伏情况及圈定地下的不良地质体。同时该方法操作简单、使用方便，且不会破坏原有路面，与在砼路面上用风钻打孔来固定电极进行测量的方法相比，它工作效率高、勘察费用低。因此，在进行城市物探和在砼路面上进行高密度电阻率法测量时，此方法可值得