高密度电阻率法在堤防隐患检测中的应用

时间：2024-07-28

任长安

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

我国传统的隐患探测方法一般是人工钻探，这种方法虽然具有直观、确定的优点，但是费时费力，且不能全面评估隐患范围，效果较差。而新兴的物探方法如高密度电阻率法，能很好地满足探测隐患需要的安全、快速、精细、无损等要求，对地下层面的电阻分布具有一定的成像功能，可以直观明显的表现出地下的裂缝软弱层面、洞穴等。

高密度电法提高了野外工作效率，丰富了地下地质信息。近年来已被广泛的应用于各种建筑物的隐患及质量检测中，取得了良好的效果。

1 工程概况

拒马河发源于河北省涞源县，流经涞源县、易县、涞水县和北京市房山区，在房山区张坊镇铁锁崖以下分为南、北两支，南支称为南拒马河，北支称为北拒马河。

南拒马河自铁锁崖分流后向南，经北河店向东，至新盖房枢纽全长83.7km。其中北河店以上河道长51km，两岸无堤呈地下河，河宽100～200m，纵坡1/300～1/800。北河店至新盖房枢纽河道长32.7km，河底纵坡1/4000～1/6000，堤距500～2300m。南拒马河堤防为土质结构，经历多次填筑而成，填土不均、堤身不密实且存在生物洞穴及其他隐患。每到汛期，遇高洪水位时，堤角堤身容易产生管涌、散浸等渗漏险情。尤其是险工段，主河床紧邻村庄，一旦发生事故，后果不堪想象。

根据地质勘察成果及区域地质资料，工程区地层主要为第四系全新统冲洪积（）地层，局部零星夹杂有沼泽堆积（地层。岩性主要有砾石、中粗砂、粉细砂、粉土、砂壤土、壤土及黏土等，具备进行高密度电法勘探的条件。

2 高密度电阻率法工作原理

高密度电阻率法是20世纪80年代发展起来的电法勘探技术，基于传统电阻率法，属于直流电法的范畴，采用高密度的电极测量，把几十到上百根电极置到测点上，由电脑控制对多电极进行供电，提供最高可达几百伏的供电电压，实现了逐点逐层探测。

通过将存储数据调入图象处理软件，数据网格化后，应用G3RTomo6.0高密度电法解释软件处理数据，通过二维或三维的正、反演计算，得到高密度电法视电阻率断面色阶图，在图像上用不同颜色或者灰度表示不同视电阻率值。根据颜色或灰度的不同表现测线下方地层不同位置、不同深度的电阻率分布情况，如果被检测堤坝为均质土坝，且堤身内部没有其他隐患或异物，那么电法结果剖面图上地下层面所展示的电阻率应该是相同的，表现为相同或者渐变的灰度或颜色；如果被检测堤坝内部存在隐患或异物，那么在电法结果剖面图上对应部位的视电阻率值就会与其他正常层面不同，在图上表现为不同的灰度或颜色。如地下若有空洞、缝隙等隐患视电阻表现为高电阻；而对于软弱层、渗漏通道等隐患视电阻率变现为低电阻。这些电阻率值表现了地下不同介质的分布特征，对电阻率断面色阶图反映的地层及其他地质情况进行有效地质解释。数据的采集及处理过程如图1。

图1 高密度电法数据采集及处理过程

3 仪器参数及工作布置

本次高密度电法勘探使用重庆地质仪器厂生产的DUK-2A高密度电法测量系统，采用温纳装置。根据勘察任务要求和目的，电极间距2m，电极总数120根，最大隔离系数10，供电电压最高180V，相邻两个排列之间重复观测30个电极。布设电极时尽量避开水泥路面，必要时用尖镐先行刨开碎石或水泥，在接地良好处布设电极；为减小接地电阻的影响，尽量打深电极。检测工作在检测范围内11个险工段内进行，并在堤防的近河端布置测线，测线长度共1.2km。

4 资料解释与成果分析

数据处理应用G3RTomo6.0高密度电法解释软件，通过二维反演计算后形成电阻率断面色阶图。因工程检测过长，现选取典型隐患特征进行分析。

4.1 北连村险工段

北连村险工段位于南拒马河右堤，该险工段测线共600m。由西向东布置测线，隔离系数10，道间距2m。北连村险工段0～240m电阻率剖面如图2。

图2 0～240m电阻率断面

根据图2不同颜色的视电阻率分布特征可以看出，剖面0～120m表层电阻率偏高，认为该段堤身土质不均，含砂量较高，堤身质量不良。整个剖面下部（埋深5～8m）为高阻反应，推测为较高电阻的砂层造成的反应，后经钻孔资料验证此处为砂壤土，电阻较高，印证了所推测情况。

4.2 杨村险工段

杨村险工段位于南拒马河右堤，该险工段测线共1470m。由西向东布置测线，隔离系数为10，道间距2m。杨村险工段1260～1470m 电阻率剖面如图3。

图3 1260～1470m电阻率断面色阶成果

通过图3可以看出，该测线范围内地下地层电阻率较平均，电阻率在30～70Ω·m左右。而在剖面1350～1430m范围内，深度1～8m之间，存在范围较大的高电阻区域，橙色区域电阻超过了150Ω·m。推测该区域土层土质不均，或者有夹砂、石块的情况存在，橙色区域可能为大的石块或者孔洞。钻孔资料显示此处区域由砂壤土填充，印证了高阻反应的推测。这个区域堤身质量存在隐患，需要密切注意。

4.3 李庄险工段

李庄险工段位于南拒马河右堤，该险工段测线共1350m。由西向东布置测线，隔离系数10，道间距2m。李庄险工段1120～1350m电阻率剖面如图4。

图4 1120～1350m电阻率断面色阶成果

由图4看出，1180～1200m范围土地表层有高阻反应，经现场踏勘为生活垃圾和建筑材料堆积所导致，此处堤身存在隐患；1245～1300m范围，电阻率剖面图表现出了上层高阻下层低阻的特征，且低阻电阻率小于10Ω·m，且周围电阻率等值线较杂乱，应为含水反应，后调查发现此段下方为东马营倒虹吸，上部高阻为建筑物顶板反应，下部低阻为河水反应，施工时需注意，防止出现事故。