高密度电法技术在公路边坡工程勘察中的应用与研究

叶毓栋

（广西壮族自治区地球物理勘察院，广西 柳州 545000）

我国国土辽阔，经济的发展离不开交通网络的建设。我国地形地貌较为复杂与多样，交通网络的建设时常会遇到公路边坡建设工程，在公路边坡的施工过程中，断层破碎带、岩溶、含水性极强的地层等不良地质段容易给施工带来坍塌风险或者透水事故，存在严重的安全施工隐患及严重影响着施工进度和效率，如果公路边坡建设处理不当，甚至影响日后竣工通车的安全性。为提升公路边坡建设的效果和质量水平，采用高密度电法针对公路边坡工程进行勘探和项目研究，可以有效地勘探公路边坡地下基础岩石风化厚度、岩层起伏情况以及不良地质情况，为公路边坡施工建设提供重要的指导作用。为此，本文以实际案例为基础，详细研究和分析高密度电法的勘探效果，同时结合钻探验证，进一步总结出高密度电法的应用策略。

1 高密度电法原理简介

高密度电法是用高密度布点的原则，从二维地电断面测量电阻率，并根据电阻率值得特征进行地层的划分、查找不良地质体。该方法受地形影响，勘探深度有限。

高密度电法实际上是一种阵列勘探方法，它在二维空间内研究地下稳定电流场的分布，野外测量时，将数十个电极一次性布设完毕，每个电极既是供电电极又是测量电极。通过程控式多路电极转换器选择不同的电极组合方式和不同的极距间隔，从而完成野外数据的快捷采集。如图1。当电极棒列间距为△x 时，测量电极距a=n·r，依次取n=1,2…，每个极距依固定的装置形式逐点由左至右移动来完成该段的数据采集。对某一极距而言，其结果相当于电阻率剖面法，而对同一记录点处不同极距的观测又相当于一个电测深点。以下案例采用的是对称四级装置进行数据采集的。

2 高密度电法在公路边坡工程中的应用实例分析

2.1 工程概况

某公路边坡工程位于公路隧道出口处，地表主要出露第四系残坡积层、二叠系灰岩，地势较平缓。边坡区域最长为440m，最宽为100m，通过开展高密度电法勘探手段，查明公路边坡区域沿线20m 深度范围内的地层起伏及分层情况，判断地下不良地质现象的发育情况，结合钻探验证结果进行对比分析。

2.2 成果解析及钻探验证对比分析

从高密度电阻率法二维反演断面图（见图2、图5）可以看出，视电阻率异常分界较为明显，表层的低阻（蓝色）异常主要反映的是第四系残坡积层，往深部的高阻（红色）异常主要反映的是石灰岩层，整体反映出残坡积层与基岩面的接触情况，通过视电阻率差异确定基岩界面（红色虚线为推断基岩界面）。具体推断解译及钻探验证对比分析如下：

图2 108 线高密度剖面反演等值线综合解析图

（1）108 线剖面定性与半定量解析及钻探验证对比分析：①从108 线高密度反演等值线图（图2）可以看出，108 线剖面在100～180 点段，残坡积层相对较薄，厚度在0～3.5m；在180 ～300 号点段，该处表层及浅部视电阻率表现为中低阻异常，相较其他剖面同一位置电阻率相对较高，推断该处残坡积层含砾石较多，厚度在4 ～9m；在300 ～540m 点段，视电阻率等值线比较平缓，推断该处基岩起伏不大，低阻残坡积层厚度在4 ～12m。②从图3 中可以看出，ZK098-1 钻孔地下4.80m 深度范围内为第四系残坡积层含砾黏土，等值线异常表现为低阻异常特征；地下4.80m 以下深度为二叠系较破碎灰岩，等值线异常表现为相对高阻异常特征。③从图4 中可以看出，ZK103 钻孔地下12.50m 深度范围内为第四系残坡积层含砾黏土，等值线异常表现为低阻异常特征；地下12.50 ～18.10m深度范围内为二叠系较破碎灰岩，等值线异常表现为相对高阻异常特征。

图3 ZK098-1 钻孔与等值线异常对比解析图

图4 ZK103 钻孔与等值线异常对比解析图

（2）112 线剖面定性与半定量解析及钻探验证对比分析：①从112 线高密度反演等值线图（图5）可以看出，整条剖面呈高阻异常，仅在表层有较薄的低阻异常，推断表层较薄的低阻异常为残坡积层，往深部高阻区为石灰岩层。整体来说，112 线剖面残坡积层相对较薄，部分地方有基岩出露；在146 ～220 点段残坡积层厚度在0 ～2.5m 左右；在160 点和164 点附近有基岩出露；在220 ～300 号点段，推断残坡积层厚度在1 ～4m 左右。②从图6 中可以看出，ZK092 钻孔地下3.50m 深度范围内为第四系残坡积层含砾黏土，等值线异常表现为低阻异常特征；地下3.50m 以下深度为二叠系较破碎灰岩，等值线异常表现为相对高阻异常特征。

图5 112 线高密度剖面反演等值线综合解析图

图6 ZK092 钻孔与等值线异常对比解析图

3 结语

高密度电法勘探为阵列式布设，适用于地形较为平缓、勘探深度较浅的区域。具有点距小、数据采集量大的特点,能较直观、形象地反映断面电性异常体地形态、产状等。通过本次高密度电法勘探效果及钻探验证情况，表明该方法能有效地反映出地层起伏、基岩分层等情况，对于公路边坡勘察中土石方量的预估计算提供了很大的帮助；同时，进一步证明高密度电法在公路边坡的勘察中与钻探相结合使用,可以最大程度地减少后期钻探工作量,亦能快速、高效地为边坡的设计提供非常全面的工程地质资料，对公路边坡安全施工提供了有效的地质依据。

地球物理勘探技术具有探测成本低、测量精度高、连续性强、破坏性极小等特点，其中高密度电法与其他物探探测方法相比较具有自动化程度高、工作效率高、异常形象直观等优点，本次高密度电法在公路边坡工程勘探中取得了良好的效果,综合上述工作优点,高密度电法可广泛应用于公路边坡勘察中。