赵 鹏

(上海元易勘测设计有限公司， 上海 201203)

1 引言

内河航运作为物流运输中重要的货运方式之一，有着运输成本低、运量大、建设维护成本低等特点。河道水闸作为内河航运系统中的重要组成部分，通过控制闸门的开启关闭，达到调节水位的目的，以满足通航的需要。随着使用时间的增加，河道水闸会相继出现水工结构混凝土表面开裂及露筋等现象，同时伴随着机电设备陈旧、老化情况严重以及周边环境变化等现象的产生，导致了病险水闸的出现，会严重影响内河航运系统的安全运行[1]。对于存在严重病险、无法继续维护使用的水闸，解决方法往往是选择拆除。但病险水闸通常无法完全拆除，一般会在河底遗留部分建筑基础。遗留的水闸建筑基础会使在河道航行的货运船只面临搁浅等潜在风险，严重时甚至可能危害行驶安全，因此解决遗留的水闸建筑基础问题是十分必要的。

杨超等[2]通过在上海某待建住宅场地内进行高密度电法的实验研究，结合工作地区的工程地质特征，分析得出高密度电阻率法可以准确反映地下建筑基础的分布边界。陈斌等[3]在大湾区珠海口成功完成了海上高密度电法探测的研究实验，实现了高密度电法在复杂海域环境下的大深度高效率测量，也进一步验证了高密度电法在水域应用方面效果显著。

基于此，本文以某河道水闸拆除后遗留的建筑基础为研究对象，在目标河道区域进行并行电法勘探，研究河道水闸建筑基础在并行电法实际应用中的响应效果，并从正演的角度出发，通过建立河道水闸建筑基础的电阻率正演模型，对比分析正演模型与实际响应效果，获得河道水闸建筑基础的基本位置信息及形态，验证并行电法在河道水闸建筑基础探测中的有效性。

2 工程概况及测线布置

探测区为某水上航道(图1)，河面宽约35 m，水流间歇缓急，有利于高密度电法工作的开展。本次高密度电法测量采用HZE11I型并行高密度电法仪，采用温纳α装置，电极道数为64道，极距2 m。根据已有资料布设测线，原水闸横跨河道，并行电法测线斜穿河面，穿过原水闸位置。

3 地球物理条件

表征岩土介质的地球物理性质为电阻率，表1为不同岩土介质的电阻率变化范围。不同岩土介质存在电阻率的物性差异是地球物理工作开展的前提条件。

图1 河道现场俯视

河道所在地区是由河流携泥沙在入海口处淤积、逐渐扩大形成的三角洲，主要由粘性土、粉性土及砂性土组成，探测深度范围内各土层主要分布特点及电阻率特征为：表层为杂填土，夹杂有混凝土等建筑垃圾，深度不一，电阻率的变化范围在11.24～32.5 Ω·m；杂填土之下为粉质粘土，电阻率的变化范围在12～21.9 Ω·m；粉质粘土下层为淤泥质粉质粘土及粘质粉土夹层，淤泥质粉质粘土的电阻率的变化范围在3.8～7.6 Ω·m；粘质粉土的电阻率的变化范围在6.1～13 Ω·m。河水的电阻率变化范围在0.1～100 Ω·m，混凝土的电阻率变化范围在40～4000 Ω·m。通过对比该河道地区不同岩土介质的电阻率，可知该河道地区的土层、河水与原水闸混凝土建筑基础之间存在较大的电阻率物性差异，因而可以通过对比电阻率差异来圈定混凝土异常带，进而推断出是否存在水闸建筑基础及其空间位置[4～10]。

4 并行电法的探测原理

并行电法是以高密度电法为技术基础发展而来的，每个电极都集成独立的A/D模数转换器及开关装置，实现所有电极的并行激励及采集，采用分布式并行智能电极电位差信号采集方法，可以让所有电极自动实现全排列组合，使得单位时间内采集的数据量得到极大地提升，提高了工作效率。并行电法主要采用单极供电(AM法)和偶极子供电(ABM法)2种工作模式来完成野外数据采集与处理(图2)[11～17]。

表1 不同岩土介质的电阻率变化范围

5 正演模型及应用分析

5.1 正演模拟

根据水闸建筑基础的电阻率特征及周边场地的

地电条件，利用正演软件建立水闸建筑基础的高密度电法正演模型，装置类型为温纳α装置，电极道数为64道，极距2 m。模拟水闸建筑基础的长度为11 m，厚度为1 m，电阻率为3000 Ω·m。

图3为模拟周边场地地电条件下河道底部存在水闸建筑基础的电阻率模型，图4为该模型的正演视电阻率剖面图。

图2 并行电法电位采集

图3 河道水闸建筑基础电阻率模型

图4 河道水闸建筑基础电阻率模型的正演视电阻率剖面

从图4中可以看出，并行电法温纳α装置的正演结果在测线52～63 m之间出现较为明显的高阻异常特征，异常响应区域大的厚度约为2 m左右，上部河水及周边背景土层皆呈现较为明显的低阻异常特征，高、低阻异常之间存在明显分界，可以很好地分辨目标水闸建筑基础。

通过对比正演结果与实际探测的反演结果，可以大致推断河道底部遗留的建筑物基础大致形态为长11 m左右，厚度约1 m左右的混凝土基础，同时实际探测的异常响应区域顶部呈现下凹形态。

5.2 应用分析

通过在水闸建筑基础所在的河道上布设并行电法测线，完成了水上并行电法的数据采集，并对采集的数据进行了反演处理，反演结果见图5。

河道内水体及河堤淤积物电阻率较低，一般远小于10 Ω·m，而水闸建筑基础是由混凝土浇筑而成的，电阻率一般在40～4000 Ω·m。由图5可以看出，该视电阻率断面图中视电阻率值整体较低，灰色区域基本反映了河道内水体及河堤淤积物的赋存情况；位于测线67.5～78.5 m之间、深度在3～5 m处视电阻率断面出现畸变，呈现明显高视电阻率值(>500 Ω·m)闭合特征，推断该位置为水闸建筑基础的响应异常。

结合正演模型及结果，低阻背景中箱型高阻体投影到断面图上的长方形截面，在视电阻率断面中该处视电阻率等值线呈现椭圆环形，椭圆形长轴两端的边界基本与长方形短边相切，则相切位置处正演视电阻率值为600 Ω·m，以此异常阈值推断水闸左右边界；而长边与椭圆视电阻率等值线内环视电阻率值为1400 Ω·m处相切，以此异常阈值推断水闸上下边界。那么根据正演成果，即可基本推断实测视电阻率等值线断面图中水闸的分布情况。

图5 水上并行电法数据的反演结果

本次实测数据反演视电阻率断面图推断水闸建筑基础异常与河道及水体差异明显，实测反演成果与正演结果基本吻合。

6 结论

(1)并行电法在河道探测环境中，对于水下混凝土结构的建筑有较好的异常响应特征。在实际应用中，要根据实际的地电条件进行正演模拟，对比分析现场的探测效果来判断目标体的位置及大致形态。

(2)本次应用的目的主要是探测水闸建筑基础的厚度，故现场布置了1条水上并行电法测线。对于布置多条水上并行电法测线进行探测，是否可以更为准确地反映水下目标体的电性特征，以及多条测线对建筑基础进行三维轮廓反映还需要研究。

(3)通过对比实际探测的反演结果与正演结果之间的区别，不规则形状的水闸建筑基础是否会对异常响应的形态产生较为明显的影响仍需进一步研究。