趙 晶

(宜昌市水利水電勘察設(shè)計院有限公司，湖北 宜昌 443005)

壩體隱患探測是水工壩體建造和安全維護(hù)始終重視的技術(shù)和實踐課題，良好的檢測手段和技術(shù)，關(guān)系到工程測量的效率和精度，更事關(guān)工程的建造質(zhì)量和維護(hù)使用安全。本文基于對案例實驗工程實施隱患工程預(yù)設(shè)實施強(qiáng)密度電阻率勘測法隱患探測及解析，分析判斷該測量結(jié)果與隱患工程預(yù)設(shè)的基本符合程度，驗證壩體隱患探測應(yīng)用強(qiáng)密度電阻率勘測法探測的可靠程度，以期為同類工程應(yīng)用提供借鑒和技術(shù)參考。

1 強(qiáng)密度電阻率勘測法原理

強(qiáng)密度電阻率勘測法的主要工作機(jī)理與常用的電阻率測量法大體相同，也是一種基于壩體內(nèi)介質(zhì)導(dǎo)電性電阻率差異的電子測探方法。通常情況下，由孔洞、土性或裂隙等構(gòu)成的地下介質(zhì)，其具體設(shè)計填埋深度、大小以及性質(zhì)等經(jīng)人工加載電場的傳播作用，電流傳導(dǎo)分布與各賦存狀態(tài)發(fā)生各具特點(diǎn)的關(guān)聯(lián)反應(yīng)狀態(tài)。只要探測到這些傳導(dǎo)電流所呈現(xiàn)的互有差異的分布規(guī)律，區(qū)域地層介質(zhì)電阻率分布就會被逐一解析出來，然后通過反向推演，可以知悉區(qū)域地層的地質(zhì)存在狀態(tài)。強(qiáng)密度電阻率勘測法偵測機(jī)理見圖1。

圖1 強(qiáng)密度電阻率勘測法偵測機(jī)理

強(qiáng)密度電阻率勘測法的供電頻率一般相對比較低，而且通常都是相對固定不變的，因此一定程度上就本質(zhì)而言，強(qiáng)密度電阻率勘測法還是屬于電子勘測法的技術(shù)范疇。相較于常規(guī)電測方法，強(qiáng)密度電阻率勘測法通常都設(shè)置具有相對較大密度的區(qū)域測點(diǎn)。強(qiáng)密度電阻率勘測法將電剖面勘測和深區(qū)勘測功能合成一體，可以輕松獲取目標(biāo)地域電勘測斷面的空間二維信息，故其信息量通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基于普通電測法的測量信息量。

強(qiáng)密度電阻率勘測法對壩體隱患的探測規(guī)律一般為：均質(zhì)地層的電阻率一般比較均勻平緩，隱患地質(zhì)和位置則呈現(xiàn)電阻局部異常。如弱軟參構(gòu)體、軟弱結(jié)構(gòu)層或者漏滲通道等等，基本都有呈現(xiàn)為較高的介電、較低的密度以及較低的電阻率反應(yīng)探測狀態(tài)；而空洞和裂隙等隱患狀態(tài)，通常呈現(xiàn)為低介電、低密度、高電阻探測反應(yīng)狀態(tài)。

在野外操作的強(qiáng)密度電阻率勘測法探測，其基本過程是：地面布設(shè)幾十甚至幾百個工作電極，經(jīng)過多芯引線連接串聯(lián)，接至專業(yè)的電極轉(zhuǎn)換器，交由智能電子主機(jī)控制區(qū)域測點(diǎn)，操控掃描電極排列狀態(tài)和陣列極距，不斷操控電極位置，借以測度出相關(guān)底層部位的差異化電位分布，進(jìn)而收到對不同測度深度的壩體目標(biāo)的精確勘測。

2 模型壩體及實驗方案

案例實驗選取在黃河沿線河南境內(nèi)的一處某崗李水庫，實驗壩體劃分為1#壩和2#壩。1#壩：長度100 m，坡度1∶2，壩底寬22 m，壩頂寬2 m，系在既有舊壩體邊新建的壩體。2#壩：長度100 m，坡度1∶3，壩底寬32 m，壩頂寬2 m，系由既有舊壩體改造而成。兩實驗壩于距離壩頂?shù)?.6 m位置交匯，壩頂中線距離為16 m，形成一個梯形的橫截空間。見圖1、圖2。

舊實驗壩2#的隱患設(shè)計預(yù)設(shè)，壩體頂部制作施工中，于開挖回填恢復(fù)后，即要做一次強(qiáng)密度電阻率勘測法的探測，通過解析數(shù)據(jù)并與真實隱患工程預(yù)設(shè)實施比對。選用施倫伯格電測法裝，電極距0.5 m，電極數(shù)60，探測距離每次30 m。為盡可能降低梯型勘測面所造成的相關(guān)正常數(shù)據(jù)的失缺，相鄰間隔探測間要始終保持電極至少10個重合，總測線程長度100 m。選用AGI軟件對電測資料實施推演。

圖2 基于橫截面的實驗壩示意

圖3 基于平面的實驗壩示意

實驗壩1#在距離壩頂5 m的壩基部分開始堆筑隱患工程預(yù)設(shè)。堆筑同時，分別在距離壩頂2及3.5 m處和壩頂部位，3次探測壩體隱患工程預(yù)設(shè)。選用專業(yè)AGI智能系統(tǒng)，對勘測所獲得的一手?jǐn)?shù)據(jù)資料開展進(jìn)一步推演，比對實驗所確定的壩體隱患基本預(yù)設(shè)，解析驗證強(qiáng)密度電阻率勘測法的探測準(zhǔn)確度和精度。

3 強(qiáng)密度電阻率勘測法分析結(jié)果檢測

3.1 對實驗壩2#的探測結(jié)果及比對

見圖4-圖7。

圖4 壩頂部位距離0～30 m推演結(jié)果

圖5 壩頂部位距離25～55 m推演結(jié)果

圖6 壩頂部位距離50～80 m推演結(jié)果

圖7 壩頂部位距離75～105 m推演結(jié)果

案例實驗壩2#隱患工程預(yù)設(shè)部位見圖8。

圖8 案例2#中線縱剖面示意

壩段0～30 m區(qū)段，設(shè)計4個隱患存在，分別系空洞態(tài)低阻值介電體2個和洞狀高阻體2個。隱患1為洞狀高阻體，探測系在0.7～1.3 m的設(shè)計填埋深度，基于水平向測量值系在4.7～5.7 m的標(biāo)準(zhǔn)距離；隱患2系空洞態(tài)低阻值介電體，探測顯示2.7～3.6 m設(shè)計填埋深度，基于水平向測量值系在12～13 m的標(biāo)準(zhǔn)距離；洞狀高阻體為第3個隱患，探測部位顯示為1.5～2.4 m的設(shè)計填埋深度，基于水平向測量值系在19.5～20.5 m的標(biāo)準(zhǔn)距離。

比對隱患工程預(yù)設(shè)設(shè)計，3部位測量結(jié)果基本與隱患工程預(yù)設(shè)設(shè)計相符。隱患工程預(yù)設(shè)直徑為0.5 m，推演結(jié)果比對實際隱患發(fā)生了非正常放大。其原因在于探測電阻率并非是真實電阻率，而為視電阻率。隱患3顯示異常的電阻率是水平方向電阻率，最有可能是施工中混入了諸如小石塊等電阻率較大的雜質(zhì)，也可能為不均勻土質(zhì)所致。隱患4系空洞態(tài)低阻值介電體，未能顯示在圖中的原因在于梯形是強(qiáng)密度電阻率勘測法的二維探測面的基本幾何形狀，測線端點(diǎn)的下方存在一個三角形測定盲區(qū)。此亦為要求第1次和第2次觀測要留有5 m重合的原因。

壩段25～55 m，共存有隱患4個，為空洞態(tài)低阻值介電體2個、板狀高阻體1個以及洞狀高阻體1個。隱患1系圖中未顯示的空洞態(tài)低阻值介電體隱患，探測部位顯示為1.5～2.5 m設(shè)計填埋深度，水平位在1.5～3 m，結(jié)合前面的25 m，可作26.5～28 m標(biāo)準(zhǔn)距離換算。隱患2系洞狀高阻體，探測顯示為2.7～3.6 m的設(shè)計填埋深度，基于水平向測量值系在換算后的34.5～35.5 m標(biāo)準(zhǔn)距離；隱患3系空洞態(tài)低阻值介電體，探測顯示為0.6～1.4 m的設(shè)計填埋深度，基于水平向測量值系在換算后41.6～42.6 m的標(biāo)準(zhǔn)距離。比對隱患設(shè)計預(yù)設(shè)部位，3個探測結(jié)果與隱患設(shè)計預(yù)設(shè)基本符合，推演結(jié)果也是發(fā)生了非正常的異常放大現(xiàn)象，其原因大致基本同上。非正常的異常放大的倍數(shù)有所差異當(dāng)屬正常，因為隱患周邊土質(zhì)不盡相同，其對應(yīng)視電阻率當(dāng)然有所不同。隱患4系板狀高阻體，探測部位顯示為0.7 m頂部設(shè)計填埋深度，基于水平向測量值系在為換算后52.5～53 m的標(biāo)準(zhǔn)距離，隱患4下半部分未有顯示，此暫不予解析。以上推演結(jié)果均符合于隱患設(shè)計預(yù)設(shè)的部位所在。

在50～80 m壩段，共存在隱患3個，均為板狀高阻體。隱患1在上文已然有述，此不再解析；隱患2系板狀高阻體，探測部位顯示為1.3～4 m設(shè)計填埋深度。此處設(shè)計設(shè)計填埋深度是2～4 m，基于水平向測量值系在換算后59.5～60 m的標(biāo)準(zhǔn)距離。隱患3系板狀高阻體，探測部位顯示為0.7～3 m設(shè)計填埋深度，此處設(shè)計設(shè)計填埋深度是1～3 m，基于水平向測量值系在換算后69.5～70.5 m的標(biāo)準(zhǔn)距離。比對隱患工程預(yù)設(shè)部位設(shè)計，此2處測量結(jié)果符合于隱患工程預(yù)設(shè)水平設(shè)計，都發(fā)生0.3 m豎向上的提增，非正常放大現(xiàn)象越接近探測地面越明顯。

在75～105 m壩段，只存在板狀高阻體1個隱患。探測位顯示為0.7～3 m設(shè)計填埋深度，基于水平向測量值系在換算后80～80.5 m的標(biāo)準(zhǔn)距離。比對隱患工程預(yù)設(shè)設(shè)計，上述探測結(jié)果符合于隱患工程預(yù)設(shè)設(shè)計，同樣都發(fā)生了0.3 m的豎向上的增益。除掉土質(zhì)不均和異常放大現(xiàn)象帶來的誤差，將實驗壩2#探測結(jié)果跟實際設(shè)計隱患作對比，探測結(jié)果符合于實際隱患部位。

在推演圖中，有3種背景體顏色，分別是黃色、綠色和天藍(lán)色。發(fā)生藍(lán)色系之向紅色系演變，表明電阻率在逐漸放大。因為施工條件的一些限制，采用的工程土體粒質(zhì)不夠均勻。天藍(lán)色對應(yīng)較大水分的黏土，綠色對應(yīng)較少水分的黏土，黃色則對應(yīng)沙土。

3.2 實驗壩1#的探測結(jié)果與實際隱患比對

3.2.1 距壩頂3.5 m部位的比對

見圖9-圖12。

圖9 距壩頂3.5 m部位，距離0～30 m推演結(jié)果

圖10 距壩頂3.5 m部位，距離25～55 m推演結(jié)果

圖11 距壩頂3.5 m部位，距離50～80 m推演結(jié)果

圖12 距壩頂3.5 m部位，距離75～105 m推演結(jié)果

實驗壩1#實際隱患部位示意圖見圖13。

圖13 案例壩1#中線縱剖面隱患工程預(yù)設(shè)

在0～30 m壩段，共存在隱患2個，為洞狀高阻體和空洞態(tài)低阻值介電體各1個。隱患1系空洞態(tài)低阻值介電體，探測部位顯示為1～2 m設(shè)計填埋深度，聯(lián)系3.5 m至壩頂距離，換算后為4.5～5.5 m的設(shè)計填埋深度，基于水平向測量值系在14.5～15.5 m的標(biāo)準(zhǔn)距離。隱患2系洞狀高阻體，探測部位顯示為換算后3.7～4.5 m設(shè)計填埋深度，基于水平向測量值系在24.5～25.5 m的標(biāo)準(zhǔn)距離。比對隱患工程預(yù)設(shè)設(shè)計，除異常放大的推演結(jié)果外，探測結(jié)果均符合隱患工程預(yù)設(shè)設(shè)計填埋深度，仍發(fā)生了水平方向的電阻率異?，F(xiàn)象，原因如前文所述。

在25～55 m壩段，存在隱患2個，為洞狀高阻體和空洞態(tài)低阻值介電體各1個。隱患1系空洞態(tài)低阻值介電體，探測部位顯示為換算后3.7～4.5 m設(shè)計填埋深度，基于水平向測量值系在換算后34.7～35.5 m的標(biāo)準(zhǔn)距離：隱患2系洞狀高阻體，探測部位顯示為換算后4.7～5.4 m的設(shè)計填埋深度，基于水平向測量值系在換算后44.5～45.4 m的標(biāo)準(zhǔn)距離。比對隱患工程預(yù)設(shè)設(shè)計，除異常放大的推演結(jié)果外，探測結(jié)果均符合隱患工程預(yù)設(shè)設(shè)計填埋深度，仍發(fā)生了水平方向的電阻率異?，F(xiàn)象，原因如前文所述。在50～80 m壩段和75～105 m壩段，沒有探測隱患顯示，實際部位事實上也不存在隱患設(shè)定。

3.2.2 距壩頂2 m部位的比對解析

見圖14-圖17。

圖14 距壩頂2 m部位，距離0～30 m推演結(jié)果

圖15 距壩頂2 m部位，距離25～55 m推演結(jié)果

圖16 距壩頂2 m部位，距離50～80 m推演結(jié)果

圖17 距壩頂2 m部位，距離75～105 m推演結(jié)果

實驗壩1#實際隱患部位示意圖見圖18。

圖18 案例壩1#中線縱剖面隱患工程預(yù)設(shè)

在0～30 m壩段，存在隱患2個，為洞狀高阻體和空洞態(tài)低阻值介電體各1個。隱患1系空洞態(tài)低阻值介電體，探測部位顯示為換算后4.7～5.3 m的設(shè)計填埋深度，基于水平向測量值系在4.3～15 m多年標(biāo)準(zhǔn)距離；隱患2為洞狀高阻體，探測部位顯示為換算后3.5～4.5 m的設(shè)計填埋深度，基于水平向測量值系在24.5～25.5 m的標(biāo)準(zhǔn)距離。與設(shè)計隱患工程預(yù)設(shè)相對，探測結(jié)果符合設(shè)計隱患工程預(yù)設(shè)。

在25～55 m壩段，存在隱患2個，為洞狀高阻體和空洞態(tài)低阻值介電體各1個。隱患1系空洞態(tài)低阻值介電體，探測部位顯示為換算后3.8～4.5 m的設(shè)計填埋深度，基于水平向測量值系在換算后34～35 m的標(biāo)準(zhǔn)距離；隱患2為洞狀高阻體，探測部位顯示為換算后4.7～5.4 m的設(shè)計填埋深度，基于水平向測量值系在換算后44.6～45.6 m的標(biāo)準(zhǔn)距離。比對隱患設(shè)計預(yù)設(shè)，探測結(jié)果符合隱患設(shè)計預(yù)設(shè)。在75～105 m壩段，沒有探測隱患顯示，實際部位事實上也不存在隱患設(shè)定。在50～80 m壩段，存在軟弱夾層隱患1個，換算后2.7～3.3 m的設(shè)計填埋深度，水平位在65.5～71 m。比對隱患工程預(yù)設(shè)設(shè)計，亦符合實際隱患工程預(yù)設(shè)設(shè)計。

4 結(jié) 語

本文介紹了強(qiáng)密度電阻率勘測法基本原理；基于案例壩模型展開壩體隱患強(qiáng)密度電阻率勘測法檢測實驗；介紹了隱患實驗壩強(qiáng)密度電阻率勘測法檢測結(jié)果并進(jìn)行了分析；驗證和體現(xiàn)了壩體隱患探測應(yīng)用強(qiáng)密度電阻率勘測法探測的符合程度，可為同類工程應(yīng)用提供借鑒和技術(shù)參考。