組合物探手段在堤防質(zhì)量檢測中的應(yīng)用分析

1、    組合物探手段在堤防質(zhì)量檢測中的應(yīng)用分析    黎昱+荊昊+徐榮摘要：在潤揚河堤防質(zhì)量檢測中，采用“以探地雷達法普查篩選異常部位，再以高密度地震映像法對普查發(fā)現(xiàn)的異常部位進行詳查，最后以瑞雷面波法進行驗證”的組合物探方法，檢測手段不斷疊加，檢測成果質(zhì)量相互驗證，組合檢測效果良好，形成了組合地球物理探測技術(shù)進行堤防質(zhì)量檢測的技術(shù)體系。關(guān)鍵詞：堤防質(zhì)量檢測；組合物探；技術(shù)體系；檢測手段；擋水建筑物 ：a：tv698 ：1009-2374（2017）07-0068-03 doi：10.13535/ki.11-4406/n.2017.07.032堤防是常見

2、的擋水建筑物，各類堤防在國民經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。堤防工程多已完建，也有新建堤防工程，堤防工程本身結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定、堅固耐用，主要受建設(shè)質(zhì)量約束。堤防為隱蔽工程，長期以來，堤防質(zhì)量檢測與評價方法仍沿用傳統(tǒng)開挖檢查和鉆孔取樣試驗的常規(guī)技術(shù)。開挖檢查和鉆孔取樣試驗都會對堤防造成一定的損害，而且開挖檢查和鉆孔取樣試驗都只能以點帶面，很難全面掌握堤防沿線整體的質(zhì)量狀況。鑒于物探無損探測技術(shù)具有高精度、高分辨能力、探測成果彩色直觀和現(xiàn)場檢測快速便捷等優(yōu)點，在堤防質(zhì)量檢測中有著越來越廣泛的應(yīng)用。物探技術(shù)種類繁多，方法原理不同，探測效果受地質(zhì)環(huán)境影響較大，探測成果有時存在較大差異，單一的物探手段很難獲得精準

3、的無損檢測數(shù)據(jù)。為了提高檢測成果質(zhì)量，往往需要采用多種物探手段組合進行堤防質(zhì)量檢測。在潤揚河堤防質(zhì)量檢測中，“以探地雷達法普查篩選異常部位，再以高密度地震映像法對普查發(fā)現(xiàn)的異常部位進行詳查，最后以瑞雷面波法進行驗證”的組合物探方法進行應(yīng)用研究，形成了組合地球物理探測技術(shù)進行堤防質(zhì)量檢測的技術(shù)體系。1 探查方法原理和參數(shù)設(shè)計1.1 探地雷達法1.1.1 方法原理。探地雷達法是利用主頻106109hz波段的電磁波，以寬頻帶短脈沖的形式，由地面通過天線發(fā)射器發(fā)至地下，經(jīng)地下目標體或地層的界面反射后返回地面，被雷達天線接收器所接收，通過對所接收的雷達信號進行處理和圖像解譯，探測隱蔽介質(zhì)的分布和特征（圖

4、1）。1.2 高密度地震映像法1.2.1 方法原理。高密度地震映像法是以相同的小偏移距逐步移動單點接收地震信號，對地下地層或地下目的物進行連續(xù)掃描，利用彈性波信息來探查地下介質(zhì)變化的淺層地震勘探方法。當?shù)叵陆橘|(zhì)密度、速度、泊松比等彈性特征參數(shù)具有差異時，彈性波遇到彈性分界面或彈性突變點將發(fā)生反向或繞射和產(chǎn)生頻散現(xiàn)象。該法是利用反射波和繞射波的特性，記錄波的旅行時間和動力學特征，反演介質(zhì)的物性參數(shù)，獲取物性分界面或突變點的雙程旅行時間和埋深（圖2）。1.2.2 參數(shù)選擇。本次高密度地震映像法采用28hz的縱波檢波器，野外觀測采用小偏移距單道接收技術(shù)，布設(shè)觀測點間距為0.5m，炮檢偏移距10.0m

5、，錘擊震源，采樣時間2ms，采樣點數(shù)2048，數(shù)據(jù)采集時采用全通模式。1.3 瑞雷面波法1.3.1 方法原理。依據(jù)彈性動力學理論，在地面上瞬態(tài)震源作用下，將產(chǎn)生一定頻率范圍、以震源點垂線為軸對稱的不均勻柱面瑞雷波向四周傳播，它是縱波和橫波在地表面相互干涉疊加出現(xiàn)的波型轉(zhuǎn)換結(jié)果，形成質(zhì)點按一定的橢圓軌道逆時針運動軌跡的振動，其能量主要集中在地表及其附近。在二維坐標系中，設(shè)垂直方向為z軸，水平方向為x軸，坐標原點位于地面震源，其質(zhì)點振動位移分量分別為：面波勘探的核心問題是要利用頻散現(xiàn)象準確地獲得不同頻率面波的相速度vr，同一頻率的vr在水平方向的變化反映出地質(zhì)條件的橫向不均勻性，不同頻率的瑞雷波速

6、度vr的變化則反映出介質(zhì)在深度方向的不均勻性，因此該方法揭示地下結(jié)構(gòu)分布在物探方法中具有一定的優(yōu)越性。式中：n為觀測排列的接收道數(shù)；ti為第i個道間距的時間差；為初相位差。由此可見：對接收的瞬態(tài)瑞雷面波振動波形，通過頻譜分析、fk交換和提出面波基階模態(tài)的頻散曲線方式，獲取不同頻率所對應(yīng)的波長和瑞雷面波波速，即-vr曲線，從而獲取不同深度的面波速度，h-vr關(guān)系曲線，實現(xiàn)所謂的彈性波頻率測深?；谌鹄酌娌ɡ碚摚ㄟ^擬合反演的方式，可得到觀測點處垂向瑞雷面波波速的分布，結(jié)合不同巖土層對應(yīng)于不同的瑞雷面波速度特性，對不同波速的介質(zhì)賦予地質(zhì)屬性的解釋，從而實現(xiàn)垂向巖土層勘探的目的。1.3.2 參數(shù)選擇

7、。本次瑞雷面波法外業(yè)觀測采用瞬態(tài)多道面波檢測技術(shù)，其試驗技術(shù)參數(shù)為：采用單邊錘擊排列觀測裝置，每個排列24道接收，道間距的選擇原則：2/3r<道間距<r，檢波器選用頻率由探查深度式：h=vr/2f估算，根據(jù)堤防探查深度的要求，控制探查深度20m。經(jīng)現(xiàn)場試驗對比后，確定采用的試驗參數(shù)如表2所示：2 場地土層場地鉆探深度范圍內(nèi)所揭示的土層，按其成因類型及土的性狀自上而下主要分以下各層：a層（q4ml）：人工堆土，為灰、黃灰色中、重粉質(zhì)壤土雜輕粉質(zhì)砂壤土，局部為粉質(zhì)黏土。d=14.7kn/m3，c=12.8kpa，=12.3°，平均水平滲透系數(shù)為3.24×10-5cm

8、/s，具弱透水性，抗沖刷能力一般。1層（q4pr）：灰、黃灰色重粉質(zhì)壤土，表層為耕作土，平均層厚1.0m，主要分布于農(nóng)田處。d=14.7kn/m3，c=14.0kpa，=11.7°，水平滲透系數(shù)為1.57×10-5cm/s，具弱透水性，抗沖刷能力較差。2層（q4al+pl）：灰色淤泥質(zhì)中、重粉質(zhì)壤土，夾薄層輕粉質(zhì)砂壤土，或與之互層、互夾，局部夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，場地普遍分布，為場地分布的軟弱土。d=12.3kn/m3，c=7.9kpa，=8.5°，平均水平滲透系數(shù)為5.53×10-5cm/s，具弱透水性，抗沖刷能力較差。 2-1層（q4al+pl）：灰色輕

9、粉質(zhì)砂壤土夾淤泥質(zhì)中、重粉質(zhì)壤土，局部為互層，局部地段為粉、細砂夾淤泥質(zhì)中粉質(zhì)壤土，飽和，土質(zhì)不均，平均層厚8.3m。d=13.3kn/m3，c=7.7kpa，=12.7°，平均水平滲透系數(shù)為2.36×10-4cm/s，具中等透水性，抗沖刷能力較差。2-2層（q4al+pl）：灰色粉、細砂，夾薄層中、重粉質(zhì)壤土，局部為互層，一些地段為輕粉質(zhì)砂壤土夾粉砂和中粉質(zhì)壤土，飽和，土質(zhì)不均，平均層厚6.6m，場地多數(shù)地段有揭示。d=14.3kn/m3，c=4.4kpa，=21.0°，平均水平滲透系數(shù)為1.25×10-3cm/s，具中等透水性，抗沖刷能力較差。4層（

10、q4al+pl）：灰色粉、細砂，夾薄層中粉質(zhì)壤土，局部為互層，局部地段夾輕粉質(zhì)砂壤土，飽和，場地普遍分布。d=14.5kn/m3，c=2.2kpa，=29.5°，平均水平滲透系數(shù)為2.29×10-3cm/s，具中等透水性，抗沖刷能力差。3 測線布置堤防隱患探測規(guī)程（sl436-2008）第3.2.2條規(guī)定：“當?shù)添攲挾炔淮笥?m時，宜沿堤頂中線或迎水面堤肩布置一條測線；當?shù)添攲挾却笥?m時，宜沿迎水面和背水面堤肩各布置一條測線?！庇捎跐檽P河堤防堤頂寬度均大于4m，因此本次探查工作在堤頂迎水坡和背水坡兩側(cè)堤肩各布置了一條順堤的測線，測線布置詳細位置見圖4、圖5和圖6所示：4

11、檢測成果潤揚河堤防填筑以壤土為主，若堤防填土的顆粒分布均勻，孔隙率與含水率相近，經(jīng)過壓實后土體的密實性良好，雷達電磁波或地震波在均勻填土中傳播時速度相近，反射波同相軸連續(xù)性較好，視頻率由高到低變化，介質(zhì)電性差異較小，因此振幅變化不明顯。當?shù)谭捞钔羶?nèi)介質(zhì)出現(xiàn)土質(zhì)分布不均勻、含水率、孔隙率等變化較大，導致該處填土的介質(zhì)電（波）常數(shù)相對于周圍填土變化較大時，電磁波或地震波傳播到異常土體時，反射系數(shù)產(chǎn)生變化，反射信號也有明顯變化，與周圍較均質(zhì)的填土的雷達電磁波或地震波探查信號存在明顯差異，分析電磁或地震反射波的波形特征，從而識別填土異常體的性質(zhì)和分布規(guī)模。在潤揚河堤防質(zhì)量檢測中先用探地雷達法普查，圈定

12、異常，再用高密度地震映像法對普查發(fā)現(xiàn)的異常進行詳查，最后利用瑞雷面波法進行驗證，檢測手段不斷疊加，檢測成果質(zhì)量相互驗證，組合檢測效果良好。4.1 堤防隱患雷達圖像特征圖7是西堤迎水坡k2+000k2+016雷達探查剖面圖像，探查結(jié)果顯示在該段剖面局部存在填土松散體，樁號為西堤迎水坡k2+002k2+014，深度為2.54.5m，該異常段的填土相對于周圍填土欠密實，相對較松散，但含水率低，在雷達探查剖面圖上反映明顯。4.2 高密度地震映像法探查成果圖8為西堤迎水坡k2+000k2+017段的高密度地震映像探查剖面圖像。通過對地震波相的識別，在西堤迎水坡k2+000k2+017段的堤防斷面上，人工

13、填土層的地震波同相軸出現(xiàn)了下陷，推斷為堤防填土層土質(zhì)松散，導致地震波傳播速度降低，傳播的時間變長，因此地震波同相軸下陷。4.3 瑞雷面波法探查成果圖9為西堤迎水坡k1+996k2+020瑞雷面波剖面圖，圖中不同的顏色表示相應(yīng)的面波速度。圖中圈出的區(qū)域的面波速度相對周圍土體較低，表示該部位土體相對較松散。通過西堤迎水坡k2+000k2+016的雷達探查剖面圖像、高密度地震映像探查剖面圖像、瑞雷面波剖面圖，檢測效果逐次清晰，成果辨識度高，可以明顯地看出在k2+002k2+014段堤身填土壓實度不夠，深度為2.54.5m。5 結(jié)語探地雷達檢測方法不需要布置檢波器，具有快速、便利的特點，適宜與堤防全線質(zhì)量普查，高密度地震映像法和瑞雷面波法需布置測線和檢波器，工效較差，但其成果圖像更加清晰、直觀，適宜與局部異常部位進行詳查。探地雷達法普查篩選異常部位，再以高密度地震映像法對普查發(fā)現(xiàn)的異常部位進行詳查，最后以瑞雷面波法進行驗證的組合物探方法，技術(shù)方法設(shè)計合理，檢測效果顯著，能夠滿足堤防質(zhì)量檢測的任務(wù)要求。無論是新建堤防質(zhì)量檢測，還是老舊堤防隱患探測，無損物探組合檢測技術(shù)都是可行的，可針對不同的地質(zhì)環(huán)境條件，選用適宜的檢測手段。潤揚河堤防質(zhì)量檢測，采用組合檢測技術(shù)，檢測成果直觀、可靠，該組合檢測技術(shù)在水利工程中具有良好的應(yīng)用推廣價值。參考文獻1 謝華萍，何繼雙.淺析堤防工程堤身填筑