电阻率层析成像系统在探测地下空洞中的应用

【摘要】为了快速解决笩板下地基有空洞的缺陷，采用电阻率层析成像系统探测空洞，并与传统的钻孔勘探相比较，以便用灌浆回填使地基强度满足设计要求，且保证工程项目结构施工的质量、安全、进度。

【关键词】地下空洞、电阻率层析成像系统、全站仪、 钻探、比较

0 引言

随着我国房地产市场的发展，需要在各种不同的复杂的地质条件下展开各种不同的建筑施工作业，地质勘探的方法也是多种多样。笔者以中东地区卡塔尔主题公园项目为实例，重点阐述如何发现疑似空洞缺陷，并采用电阻率层析成像技术快速确认笩板下方地质空洞缺陷的位置和大小，为以后此类工程活动提供经验。

1 工程概况

卡塔尔主题公园项目位于多哈E环路与拉基玛大街相交处，临近多哈老机场，其总占地面积17540平方米，建筑面积12341平方米。它主要由地下一层（占地5297平方米）、地上三层的主建筑裙房、观光塔楼（45米高）、变电站以及周围的绿化（Landscaping）等部分组成，其主要功能是向卡塔尔人民介绍节约用电、用水的科学知识。

2 疑似空洞的发现

2.1项目地质条件

本工程地表覆盖约0.3至1米褐色和浅褐色，表面光滑和粗糙的细砂，以及夹杂着为石灰岩沙砾，面层以下约30米深的范围内是松散的土和风化的、未风化的石灰岩，水位—7.5至—9.1米，无任何地下空洞（早期钻探报告显示）。基坑深6米， 5个电梯井坑浸入地下水位约1.5米。

2.2 空洞的发现

在开挖至距离笩板底部20厘米的标高时，发现基坑四周的边坡和基坑底部有十几处疑似空洞的缝隙，部分缝隙边缘夹杂大面积的白色结晶物，且在基坑底部有一处当使用破碎锤敲击时下方会发出沉闷的回响。

3电阻率层析成像系统如何探测疑似空洞

3.1电阻率层析成像探测系统原理简介

一般来说，层析成像就是从调查对象周围的各个方向收集其内部多量的投影数据，用其反应内部的物理特性分布的技术。电流在介质中不是以直线流动，而是沿电阻率最小路径流动。本工程使用的电阻率层析成像设备是有瑞典ABEM公司设计生产的Terrameter SAS 1000/4000系统，其原理是通过现场测量不同介质的真电阻率的数据，然后导入计算机使用专业软件构建2D或3D模型并制作一个电阻率横断面，该过程不断重复，直到该组合的目标平滑约束的函数最小化。

另外，由于早期钻探不能探明到地下怀疑的空洞，所以本工程采用ERT系统时需将2D转化成3D以避免勘探再次不准确。

该系统的现场探测硬件设备与配件为：1） 电阻率测量仪2） 电缆 3） 不锈钢电极杆 4） 专业电缆接头 5） 橡胶锤

上述也是本实例现场探测需要的所有设备和工具。

系统另有2D、3D不同专业建模成像软件（3.54.53&2.14），2D软件截面如下：

3.2电阻率层析成像系统探测空洞的工作过程：

1）平整场地，保证探测的开始与结束范围，按要求是需要探测基坑土面往下10米。

2）根据监理批复的图纸使用全站仪放出22条间距4米的平行线，作为探测的路径。

（备注：全站仪放样便于将空洞的准确位置通过CAD软件导入计算机中，进而反映到基坑平面平面布置图中，为后续的灌浆回填空洞提供可靠的数据。）

3）标记并检查ERT的完整范围和位置是否符合设计要求，保证能探测到整个建筑范围。

4）沿着一条标记好的探测路径上展开一条50米长的钢卷尺。

5）用自喷漆标记出3米间距的电极钎插入位置。

6）如果需要，在地面挖一个25厘米的小坑，在小坑里面灌上饱和的盐水

混合物湿润周围的土壤，以改进电极与干燥土壤的连接，保证探测的连续性。

7）使用橡胶锤将不锈钢电极杆敲入地下，使用专业接头连接电缆和电极。

8）布置所有的层析成像所需的的勘探电缆线。

9）在仪器的内置从左到右预设程序的电缆编号1，2，3和4，在电缆2和3的之间连接仪器，并使用专业的电缆接头连接电缆（1和2）和（3和4）。

4 与传统钻探相比较的效果

4.1 覆盖面广、准确度高

钻探探测到的区域，由于受限与探孔的数量限制，只能准确反映一个点的特性。ERT能探测一个完整的面域，其探测结果全面可靠，该实例的探测结果（本文3.3）和灌浆回填的工程量（本文3.4）就是很有说服力的例证。

4.2 操作便捷、施工周期短

钻探时大型设备进场、撤场都需要动用大型运输设备和不少的人力，且施工过程中噪音大，持续周期长。在本实例采用ERT系统时，设备进场只需一辆皮卡，一位实验员，两名助手，3个工作日完成现场探测，一周后得出探测报告。

5结语：此种办法检测地下空洞，相对于传统的钻探勘探无需钻孔，准确度高，仪器轻便，效率高，节约成本。

参考文献（References）：

[1] 冯锐，李智明. 《电阻率层析成像技术》.中国地震.2004

[2] 杨华， 李金铭.《电阻率层析成像方法技术近年发展概况》.中国地质大学.10083

[3] Arab Cent 实验室.《Geotechnical Investigation of KAP》.2010

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