摘要：文章介紹了電測(cè)深法的工作原理以及電測(cè)深法對(duì)注漿加固效果的判斷標(biāo)準(zhǔn)，以某在建區(qū)域性干線鐵路為例，結(jié)合兩種巖溶發(fā)育類型的施工單元電測(cè)深法檢測(cè)結(jié)果，討論了注漿前后地電結(jié)構(gòu)的變化，提出了基于定性分析進(jìn)行分塊計(jì)算視電阻率平均變化率的方法，證明了電測(cè)深法定性結(jié)合定量評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的可靠性，為巖溶地基注漿加固檢測(cè)方法的選用提供了思路。

關(guān)鍵詞：巖溶地基；注漿效果；電測(cè)深法；視電阻率平均變化率

中圖分類號(hào)：U213.1

0 引言

巖溶地貌在我國(guó)西南地區(qū)分布廣泛，當(dāng)前西南地區(qū)鐵路建設(shè)快速發(fā)展，線路多經(jīng)過巖溶發(fā)育地貌，鐵路施工及運(yùn)營(yíng)安全面臨巨大挑戰(zhàn)。因此，為盡可能降低施工的風(fēng)險(xiǎn)，確保工程順利完成，保障線路營(yíng)運(yùn)安全，針對(duì)巖溶區(qū)進(jìn)行地基注漿效果檢測(cè)工作顯得十分重要［1］。

不同檢測(cè)方法的適用條件有所差異，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況“對(duì)癥下藥”，充分考慮現(xiàn)場(chǎng)施工條件、地質(zhì)情況、工作效率、覆蓋范圍以及投入成本等諸多因素。目前常用的檢測(cè)方法有鉆孔取芯法、壓水試驗(yàn)以及物探法，物探方法中包括電測(cè)深法、瞬態(tài)面波法、鉆孔電磁波CT法［2］。鉆孔取芯法和壓水試驗(yàn)結(jié)果直觀、易于評(píng)判，但投入高、效率低，覆蓋范圍有限，存在較大的偶然性，易造成漏判。鉆孔電磁波CT法對(duì)溶洞與巖土界面反應(yīng)明顯，但由于測(cè)試技術(shù)復(fù)雜、造價(jià)高導(dǎo)致無法大規(guī)模使用。瞬態(tài)面波法可根據(jù)注漿前后地層波速及頻散曲線的變化評(píng)判注漿效果，但往往因現(xiàn)場(chǎng)大型機(jī)械交叉施工的震動(dòng)干擾導(dǎo)致探測(cè)深度受限。電測(cè)深法可基于被注地層的電性差異檢測(cè)巖溶空洞、破碎區(qū)的注漿充填效果，很大程度上避免了檢測(cè)范圍內(nèi)的空洞異常，具有經(jīng)濟(jì)、高效、準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)。因此，深入研究電測(cè)深法在巖溶地基注漿效果的應(yīng)用顯得尤為必要。

1 電測(cè)深法基本原理

巖石之間的導(dǎo)電性存在差異是電阻率法勘探的物性基礎(chǔ)［3］。作為電阻率法的一種方法，電測(cè)深法是基于特有的裝置形式，通過測(cè)量與研究人工供以穩(wěn)定電流場(chǎng)在地下分布的特征與規(guī)律，得到巖溶地基注漿前后地電結(jié)構(gòu)的變化，從而評(píng)價(jià)巖溶地基注漿效果的一種方法。

電測(cè)深法是以檢測(cè)點(diǎn)為中心，通過逐步擴(kuò)大供電極距與測(cè)量極距，使探測(cè)范圍由淺到深，測(cè)得檢測(cè)點(diǎn)沿深度方向的視電阻率，進(jìn)一步了解檢測(cè)點(diǎn)垂向的地質(zhì)變化情況。同時(shí)，通過在測(cè)區(qū)進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)量，可將測(cè)區(qū)測(cè)量結(jié)果繪制成視電阻率斷面等值線圖，達(dá)到測(cè)區(qū)地電結(jié)構(gòu)可視化的效果。

根據(jù)電極排列形式的差異，可將電測(cè)深裝置進(jìn)行不同分類，其中對(duì)稱四極裝置常用于地基注漿效果檢測(cè)工作，該裝置具有受地形影響小、數(shù)據(jù)穩(wěn)定、電測(cè)深曲線形態(tài)易于判別等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)稱四極裝置由A、M、N、B 4根電極組合，在測(cè)量過程中，以檢測(cè)點(diǎn)為中心點(diǎn)O，逐步增大電極間距，測(cè)量檢測(cè)點(diǎn)垂向視電阻率（圖1）。

供電電極A、B向地下供以穩(wěn)定的電流，同時(shí)電極M、N測(cè)量并記錄電位差ΔU與電流I，通過式（1）計(jì)算對(duì)應(yīng)測(cè)深點(diǎn)的視電阻率：

對(duì)于溶洞、巖溶破碎帶、溶蝕密集發(fā)育的不良地質(zhì)體，注漿前的電測(cè)深視電阻率值往往與視電阻率背景值有較大差異。人為充填水泥漿液會(huì)影響異常區(qū)視電阻率，可通過視電阻率與地電結(jié)構(gòu)的變化對(duì)注漿效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 注漿效果評(píng)價(jià)方法

電測(cè)深法通過注漿前后觀察地電結(jié)構(gòu)的變化來評(píng)價(jià)注漿效果，通常解譯人員可將注漿前后兩次檢測(cè)數(shù)據(jù)繪制成單點(diǎn)電測(cè)深曲線、測(cè)區(qū)視電阻率斷面等值線圖，通過曲線形態(tài)的變化對(duì)注漿效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。然而溶洞、巖溶破碎帶等不良地質(zhì)體在不同情況下所表現(xiàn)出的電性特征往往存在差異，如充填型溶洞較完整基巖的電阻率低，而非充填型溶洞比完整基巖的電阻率高。同時(shí)，地電結(jié)構(gòu)也會(huì)受地下水位影響，充水型溶洞與空腔往往表現(xiàn)出不同的導(dǎo)電性。因此圖形判斷的方法對(duì)解譯人員的經(jīng)驗(yàn)要求高，這種多解性會(huì)給經(jīng)驗(yàn)匱乏的工作者在數(shù)據(jù)的解譯上帶來較大的困難。此外，在完整性不同基巖中注入水泥漿所引起的視電阻率數(shù)值變化亦存在較大區(qū)別，往往難以通過帶量綱的參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。在先驗(yàn)信息缺乏的情況下，難以準(zhǔn)確估算注漿后不良地質(zhì)體視電阻率升高或降低的趨勢(shì)。

一般而言，無論地下為何種結(jié)構(gòu)，隨著水泥漿或其他充填料的填入，地電結(jié)構(gòu)會(huì)隨之產(chǎn)生一定變化，即地下介質(zhì)視電阻率的變化［4］，排除背景值后的變化可認(rèn)為是注漿引起的。為方便進(jìn)行定量分析，弱化系統(tǒng)誤差背景值、降低設(shè)計(jì)注漿范圍外視電阻率對(duì)結(jié)果的影響，同時(shí)將視電阻率轉(zhuǎn)化為無量綱參數(shù)，引入注漿區(qū)域視電阻率平均變化率η[TX-*3]，其表達(dá)式為［5］：

地下電流場(chǎng)易受到場(chǎng)地、儀器設(shè)備穩(wěn)定性、電流源、操作人員多種因素綜合影響［6］。排除系統(tǒng)誤差與偶然誤差引起的非注漿措施導(dǎo)致視電阻率變化情況，同時(shí)去除非注漿區(qū)域視電阻率變化給計(jì)算結(jié)果帶來影響［7-8］，結(jié)合前人研究成果，依據(jù)注漿深度范圍內(nèi)的各測(cè)深點(diǎn)視電阻率平均變化率［9-10］，可采用表1中的定量評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

式（3）的優(yōu)點(diǎn)在于用法靈活，可先結(jié)合視電阻率斷面等值線圖的定性分析，再對(duì)不同施工單元的設(shè)計(jì)注漿深度對(duì)計(jì)算范圍進(jìn)行調(diào)整，亦可針對(duì)單點(diǎn)電測(cè)深數(shù)據(jù)分別計(jì)算視電阻率平均變化率。

3 工程實(shí)例

某在建鐵路為客貨兼顧的區(qū)域性干線鐵路，位于西南的喀斯特地區(qū)，該地區(qū)多發(fā)育覆蓋型巖溶。根據(jù)勘察資料可知，該區(qū)域巖溶發(fā)育程度高，地層巖性自上而下為：第四系全新統(tǒng)坡殘積（Q4dl+el）黏土、細(xì)角礫、碎石，下伏基巖為石炭系上統(tǒng)（C3）灰?guī)r。發(fā)育的巖溶地質(zhì)特征對(duì)線路運(yùn)行帶來巨大安全隱患，因此需對(duì)場(chǎng)地不良地質(zhì)體進(jìn)行整治，對(duì)巖溶發(fā)育區(qū)域注漿處理。

結(jié)合勘察資料及設(shè)計(jì)圖紙，選取兩段巖溶發(fā)育類型不同的施工單元進(jìn)行注漿前后的檢測(cè)，并比對(duì)電測(cè)深法檢測(cè)結(jié)果，評(píng)判注漿整治效果。

3.1 巖土界面溶蝕發(fā)育型

此類型地質(zhì)單元的巖溶主要發(fā)育在上覆土層與基巖交界處，界面附近地質(zhì)變化劇烈、巖體破碎，整治不當(dāng)易導(dǎo)致地面塌陷。此類地質(zhì)單元的電測(cè)深曲線一般呈H型或HA型，如圖2所示，曲線首支呈中阻，隨著深度的增加，視電阻率表現(xiàn)為先降低后升高。結(jié)合鉆芯結(jié)果（圖3）可知，曲線首支中阻為覆土層的電性特征，視電阻率下降主要因?yàn)閹r土分界面溶蝕發(fā)育、巖體破碎、受地下水影響；深部基巖完整、巖溶不發(fā)育，視電阻率呈升高趨勢(shì)。注漿前因受溶蝕破碎巖土界面影響，電測(cè)深曲線變化劇烈，通過注漿處理，電測(cè)深曲線形態(tài)有所改善，深部視電阻率有所提高。

在巖土界面溶蝕發(fā)育型地質(zhì)單元進(jìn)行注漿處理前后，測(cè)得視電阻率斷面等值線圖（圖4）。測(cè)區(qū)地電結(jié)構(gòu)清晰，根據(jù)視電阻率可大致分為低阻-高阻的二層結(jié)構(gòu)。結(jié)合鉆探資料，判斷上覆黏土層，下伏灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。

注漿前DK9+240～DK9+440段測(cè)區(qū)視電阻率等值線橫向連續(xù)性較差，上覆土層與基巖交界附近巖溶發(fā)育，界面視電阻率等值線起伏大、電性結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，等值線多呈明顯凹陷狀、局部向下延伸，推測(cè)存在巖溶破碎帶及巖溶塌陷區(qū)。注漿后巖土分界面至深部基巖的視電阻率大部分有所提升，局部降低，視電阻率變化范圍為20～180 Ω·m，通過計(jì)算得到測(cè)區(qū)視電阻率平均變化率如表2所示。巖土分界面視電阻率等值線橫向連續(xù)性得到改善，視電阻率均勻性變好。故判斷測(cè)區(qū)范圍內(nèi)注漿效果明顯，注漿回填對(duì)地基的加固起到了較好的效果。通過后續(xù)鉆孔取芯結(jié)果顯示，巖土分界面范圍內(nèi)芯樣中含肉眼可見的漿液擴(kuò)散痕跡，注漿充填效果較好，與電測(cè)深結(jié)論基本一致。

3.2 基巖巖溶發(fā)育型

該類型地質(zhì)單元在覆土層與基巖界面附近巖溶較發(fā)育，同時(shí)深部基巖中易發(fā)育溶洞、溶槽、溶溝等不良地質(zhì)體。此類地質(zhì)單元的電測(cè)深曲線一般呈KH型或HA型，曲線首支呈中低阻，隨著深度的增加，視電阻率表現(xiàn)為先降低后升高或先升高后降低再升高。結(jié)合圖5可知，曲線首支中阻為覆土層的電性特征，曲線中部視電阻率下降或升高的原因是巖土分界面溶蝕發(fā)育、巖體破碎，并且深部基巖發(fā)育溶洞、溶槽、溶溝等不良地質(zhì)體。注漿前因受溶蝕破碎巖土界面影響，電測(cè)深曲線變化劇烈，通過注漿處理，電測(cè)深曲線形態(tài)得到改善，中部視電阻率較注漿前有所降低，尾支視電阻率則表現(xiàn)出升高的趨勢(shì)，電測(cè)深曲線逐漸向G型或H型改變。

注漿前，DK7+500～DK7+700段測(cè)區(qū)視電阻率等值線橫向連續(xù)性一般，上覆土層與基巖交界附近巖溶較發(fā)育，界面視電阻率等值線起伏大，基巖局部完整性差，DK7+520、DK7+600、DK7+660處深部等值線多呈明顯凹陷狀、向下延伸的中低阻異常，推測(cè)該幾處區(qū)域存在溶洞、溶溝或巖溶破碎帶。通過注漿，測(cè)區(qū)范圍內(nèi)視電阻率變化范圍為50～200 Ω·m，電性界面橫向連續(xù)性得到改善，DK7+600及DK7+660位置深部凹陷狀異?；鞠?，推測(cè)漿液與基巖結(jié)合效果好。而DK7+520處凹陷狀異常仍然存在，結(jié)合注漿資料推測(cè)該區(qū)域附近注漿效果不明顯。如圖7所示。

為對(duì)該測(cè)區(qū)不同段落分別進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，正確判斷注漿不理想?yún)^(qū)域，計(jì)算得到測(cè)區(qū)總體、分段的視電阻率平均變化率（表3）。通過分段比對(duì)發(fā)現(xiàn)DK7+500～DK7+540段落η值＜15%，DK7+540～DK7+700段落η值＞25%。

通過鉆孔取芯驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，DK7+520段在深度為22～26 m位置發(fā)育一處半充填型溶洞，該溶洞與旁側(cè)巖溶體聯(lián)通，漿液沿巖溶管道流散導(dǎo)致溶洞未注滿。

4 結(jié)語

通過電測(cè)深法在西南地區(qū)某鐵路項(xiàng)目中地基注漿檢測(cè)的應(yīng)用實(shí)例，可得出以下結(jié)論：

（1）基于巖溶不良地質(zhì)體與完整基巖存在明顯電性差異，在巖溶地區(qū)進(jìn)行注漿效果檢測(cè)時(shí)可優(yōu)先考慮采用電測(cè)深法，電測(cè)深法具有便捷、高效、結(jié)果清晰等特點(diǎn)。通過電測(cè)深法結(jié)果對(duì)區(qū)域整體注漿效果進(jìn)行判釋，再進(jìn)一步針對(duì)效果異常區(qū)采取鉆芯、壓水等檢測(cè)方法進(jìn)行驗(yàn)證，可有效降低成本。

（2）電測(cè)深法成果解釋宜采用定性與定量相互結(jié)合的方法。通過對(duì)視電阻率斷面等值線圖判斷注漿對(duì)測(cè)區(qū)電性結(jié)構(gòu)的改變進(jìn)行定性分析，進(jìn)一步定量計(jì)算注漿范圍內(nèi)視電阻率平均變化率，綜合判斷測(cè)區(qū)注漿效果。

（3）在定量計(jì)算測(cè)區(qū)視電阻率變化率時(shí)，不必拘泥于測(cè)區(qū)整體的變化，若存在某段區(qū)域等值線較注漿前無明顯變化時(shí)，可考慮單獨(dú)計(jì)算視電阻率平均變化率，以準(zhǔn)確指導(dǎo)補(bǔ)注工作。

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收稿日期：2024-03-16

基金項(xiàng)目：廣西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“道路路基服役安全診斷及快速處治技術(shù)應(yīng)用研究”（編號(hào)：桂科AB22080012）

作者簡(jiǎn)介：張 斯（1993—），碩士，主要從事物探、工程檢測(cè)及監(jiān)測(cè)工作。