广西有色勘察设计研究院 530031
摘要：在岩溶地区，溶洞的存在，极易导致多种地质灾害出现，主要包括基础坍塌及地面沉降等。在本文中，分析了岩溶地区勘察技术问题及溶洞的勘查方法，基于此探究了高密度电法在岩溶地区溶洞勘查中的应用。
关键词：高密度电法；岩溶地区；溶洞；勘查；应用
高密度电法是一种在方法技术上有较大进步的电阻率法，就其原理而言它与常规电阻率法完全相同[1]。该方法是集电测深法与电剖面法于一体的直流电法勘探方法[2]。高密度电法的特点是设置了较多的电极，观测密度大，现场测量时，按照一定的电极间距一次性把所需要的电极全部布设，不需要跑极，不用移动主机。由于一条测线上拥有较多的电极，高密度电法兼具电测深和电剖面的功能，测量的数据点多，提供的地电信息量丰富[3-5]。
在岩溶地区，开展隧道与桥梁等的建设工作时，因为岩溶发育，非常容易对建筑物产生重大不利影响，引发塌陷，导致施工无法顺利开展，威胁人们的生命财产安全。所以，当进行勘查设计时，必须详细掌握并深入分析岩溶地区的分布及发育等，且及时采取有效措施进行处理。在溶洞的勘查方面，高密度电法是一项重要方法。
一、岩溶地区勘察技术问题分析
（一）布置勘查孔
在岩溶地区，所应用的较为合适的勘察手段主要有钻探与工程地质测绘以及综合物探等。其中，地质测绘以及综合物探通常应用于两个环节，一是可行性的探究勘察环节，二是初步勘察环节。而钻探一般应用于详细勘察环节。通常而言，在整个场地中，综合物探这一方法能够推测两项内容，第一位岩溶的发育面积，第二为发展方向。不过，该方法本身具有一定局限性，直接影响岩溶推测，使其具有相应难度。所以，对于经由物探所明确的问题区域，需要选取相关部位进行钻探孔的设置，应确保该部位具有较强代表性，进一步开展实验工作，对此进行核对与落实，同时在某些地段，岩溶洞具有较为宽阔的发育面积，应该对其进行加密，做好钻探孔的设置。因为岩溶的发育具有突出特征，主要包括隐蔽性、复杂性以及不确定性，在初步勘察与详细勘察两个环节中，其勘探孔需以相关规范与标准为依据，对比所设定的最小孔距要求，在岩溶发育部位，采取一柱一孔的方法，完成勘探孔的设置。对于在详细勘察环节没有勘查明确的异常，必须做好接下来的施工勘察，该勘察工作开展的具体位置往往是当前已经挖掘好的坑中，能应用的方法有两种，一是动力触探，二是钎探，判定可能存于其中的软弱土层及隐伏土洞，明确其分布区域。在设置勘探孔时，需要一桩一桩的勘察，应用一基一孔或是多孔的方法进行设置，以工程的重要性或者是荷载大小为依据，明确孔距，并且沿着基础中线，以两米到四米为间隔，在条形基础上设置一个点。与此同时，在独立基础方面，布点的位置为四角和中心，如果底面积不超过5平方米，应该设置两个点到四个点，如果底面积位于5平方米至12平方米这一范围内，设置的点数应该是五个点到八个点。
（二）岩溶稳定性
在岩溶地区，土溶洞等的发育最具典型性。对于溶洞的发育而言，具有两项非常鲜明的特征，一是不确定性，二是隐蔽性，由于地下水产生动力作用，所以通常会引发塌陷以及土洞现象，在出现土溶洞等病害时，会直接影响地基，弱化其稳定性，因此必须对其进行充分考虑与分析。对于岩溶地基，在评价其稳定性时，应采取两种方法，分别为定性评价与定量评价，按照相关标准所制定的经验公式，计算与验证溶洞顶板稳定性，不过，在验算与评价的过程中，还需要综合分析土洞或者是下伏溶洞的形状与大小等。
若是下伏溶洞的形状是串珠状或具有比较大的深度与间隙，即使相对独立基础与条形基础，基础底面的土层更厚，仍旧存在地基塌陷的可能性。如果对比基础宽度，溶洞平面宽度更大，其形状具有更强的不稳定性，并且地基更加不稳定，应力集中性越强。目前，人为降水以及汲取地下水这两种方法的应用率日益提高，以较快速度降低地下水位，当处于土洞中时，地下水会频繁上升与下降，对土洞稳定性产生巨大影响，进一步引发塌陷事故，大大降低地基稳定性。将岩石当作持力层，相较于基础底面积，竖向洞隙的宽度小于等于其25%，并且位于洞隙两侧的岩体，其质量是一级或者是两级时，沉积物将其填充，具有较大密实度，不必分析洞隙对地基稳定性产生的影响。
二、岩溶地区溶洞勘查方法研究
（一）工程地质测绘
在初始勘察环节，该方法的应用率较高，虽然已完成初步的设计和地址选择工作，但在设计勘察施工图纸时仍旧需要开展测绘工作。这项工作能够以较快速度勘查与明确较大范围内的地质条件，对于资金与设备等的需求都比较大，并可获得显著成果。通过测绘明确地面地质，基于此通常可准确判定地质情况，有利于实验工作开展，为其打下牢固基础。
利用该方法勘察岩溶地区的溶洞，目前应详细查明多项内容。其一，洞隙发育及分布情况；其二，塌陷发育和分布状况；其三，地下水水位变化；等等。
（二）综合物探
该方法的原理为，针对地下岩土体，利用其物理性质所存在的不同，勘查多项地质问题。对比溶洞中的物质及其周边物质，它们的物理性质存在明显差异，正因如此，在勘查溶洞时可应用该方法。
一般情况下，在岩溶地区溶洞的勘查中，所应用的物探法主要有三种，一是直流电法，二是交流电法，三是地震法，因为测量参数有所不同，或者是应用不同测量装置，所以还可以划分成多种勘查法。
（三）钻探法
在勘查溶洞时，该方法最为直观，不过仍旧存在相应局限性，通常在勘察工程地质的全过程中将产生较大费用。所以，对于相关勘察人员而言，必须确保工作量的合理性，尽量获取精准资料，详细、深入掌握地质情况。钻探工作的开展需要基于测绘与物探，将勘察的环节以及地质的复杂性等作为依据，具有较强针对性与目的性的设置勘察线路和网络，应严格遵守从近到远以及由浅入深的原则。
三、岩溶地区溶洞勘查中高密度电法运用
（一）工程实例概述
以某县法院综合楼工程为例，在工程勘察阶段根据钻探揭露，本区域地壳构造层稳定。在勘察深度范围内，未发现明显的断裂构造形迹。根据查阅有关区域地质资料，未发现区域性的断裂从场区及其附近经过。场地不良地质作用主要为岩溶，在27个钻孔中有9个钻孔揭露出溶洞10个，钻孔见洞率为33.3%，大部分溶洞洞内均充填粉质粘土，由于溶洞分布无规律，冲桩施工时，容易出现偏桩等灾害，对地基稳定性有较大影响。要求查明场地不良地质现象发育基本情况，为下一步设计、施工提供参考依据。
（二）外业工作
根据工作方案、结合场地条件及探测精度要求，共布设物探勘察测线15条，其中控制性测线11条，根据数据情况在此基础上进行加密布设物探测线4条。为便于各测线数据对比分析，测线为平行分布。
现场使用RTK依物探勘察布置图按线放样，同时采用皮尺配合加密的方法布桩标记物探测点。电法仪器采用重庆奔腾数控研究所WDA-1超级高密度电阻率测量系统，试验时一次布设60电极，点距3m。根据勘探需求，选取（对称）四极装置进行了试验，试验内容包括最大供电极距、供电电压、供电时间等，在保证有效探测深度不小于30m,多数测深曲线尾支出现45°稳定上升前提下，选定四极测深为本次的工作装置。
（三）异常解释推断
综合分析高密度电阻率法、钻孔勘察的资料，利用高密度电法视电阻率等值线剖面图、对称四极电测深解译的深度取其拐点所对应极距(AB/2)的60%～70%,选取典型异常点及异常段进行一维、二维反演计算，对异常进行必要的强化处理，在充分了解场区的各种物性模型后，结合工程地质勘察结果，建立本区的异常解释推断模式。
正常情况下，粉质粘土根据含水率不同，视电阻率变化较大，为相对高阻层；溶槽、溶沟、溶洞、溶隙中的水及充填物的电阻率均较低，为本区的低阻层；下伏完整灰岩的电阻率很高，为本区的高阻层。以上电性层反映到电测深曲线上，曲线的前支由高至低，进入完整的灰岩后，曲线尾支呈近45°上升。如曲线尾支严重偏离45°斜率上升、甚至重新下降时，则反映了灰岩中存在溶隙或溶洞。
典型电测深曲线及视电阻率等值线判定图见下图。
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视电阻率等值线图
（四）物探勘查成果
物探勘察结合钻探揭露，场址区内不良地质现象主要为溶槽、溶沟、溶洞，根据视电阻率等值线图结合电测深曲线圈定各测线异常区水平及垂直范围，再根据各测线平行关系立体分析各异常区存在的连通性，推断拟建综合楼区域内西部岩溶发育以基岩面溶沟、溶槽及基岩内部岩溶裂隙为主要形态发育；东部岩溶发育主要为Ⅵ号物探异常区内包含岩溶裂隙、溶沟、溶槽、溶洞等多种发育形态，基岩岩溶发育程度较高。测区内地下水丰富，岩溶裂隙、沟槽、溶洞相互连通成网状结构，对基础承载力及基础施工存在较大影响，施工前应进行相应工程加固处理。建议物探勘察圈定异常区范围的基础上增加钻探工作，详尽补充拟建区域内地下岩溶发育情况的探查。基础开挖至设计标高后可增加地质雷达进行持力层完整性探测，并做好现场持力层承载力试验工作。
紧密联系工程处理后开挖揭露，该工区覆盖层厚度、岩溶、溶洞等不良地质现象平面及竖向分布情况与物探成果基本吻合。
结束语
综上所述，高密度电法同时具备了其它两种勘查方法的功能，分别为剖面法与测深法，其特征主要包括采集数据量多与点距短等，对于问题区域形态，可以更为直观与直接的体现。在溶洞勘查过程中，可以较为准确的判定其分布与发育情况，若是将钻探等在地质方面的各项资料作为辅助，能够在很大程度上强化物探成果精确性与可靠性，进而为今后的工程施工奠定坚实基础，向其提供有力的科学依据。
参考文献
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论文作者:何鎏
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/15
标签：岩溶论文; 溶洞论文; 物探论文; 电阻率论文; 方法论文; 高密度论文; 地质论文; 《建筑学研究前沿》2018年第35期论文;