滏陽新河堤防隱患探測及成果分析

李鎖莊

（河北省子牙河河務(wù)管理處，河北 衡水053000）

1 工程概況

滏陽新河是“63.8”洪水后修建的行洪河道，1968年春建成。左堤自寧晉滏寧渠開始，至獻(xiàn)縣賈莊橋村與滏陽河右堤相接處，全長130.4km，其中滏寧渠至艾辛莊樞紐3.2km，艾辛莊以下127.55km；右堤自寧晉趙家莊起至獻(xiàn)縣樞紐，全長129.82km。兩堤間河寬一般為1.5～1.6km。

滏陽新河是治理海河的骨干工程之一，堤防等級為II級。工程自建成以來，沒有經(jīng)過洪水考驗，也未進(jìn)行過大規(guī)模的除險加固，由于工程施工過程中自身存在質(zhì)量缺陷，多處堤段存在密度不均、夾層、架空等現(xiàn)象，再加上多年受到自然環(huán)境、外部條件等綜合影響，目前堤身質(zhì)量疏密不均，局部堤段壓實度不足，堤防存在多處險工。

為了解滏陽新河堤防的工程質(zhì)量，自2007年4月下旬開始，使用山東省黃河河務(wù)局生產(chǎn)的ZDT－Ⅰ型智能堤防隱患探測儀，采用電法原理進(jìn)行堤防質(zhì)量隱患探測。

2 探測原理及方法

2.1 探測原理

探測的基本原理是在堤頂通過供電電極向地下供入直流電，形成人工電場，然后利用測量電極通過儀器觀測電場分布情況，研究不同隱患所引起的地下電場變化。理想條件下，大堤電阻率在垂直和水平方向變化是均勻的，當(dāng)?shù)谭来嬖陔[患時，均質(zhì)體被破壞，導(dǎo)致電場分布發(fā)生變化，視電阻率發(fā)生變化，結(jié)合筑堤材料性質(zhì)、地質(zhì)情況，即可推斷出隱患的性質(zhì)、部位和埋深。

2.2 技術(shù)方案和儀器

本次隱患探測采用電阻率剖面探測方法，對大堤進(jìn)行探測，共分為普測和詳測兩種。

（1）普測和詳測測線均順堤布置，測點基本位于臨河堤肩0.5～1.0m。

普測采用復(fù)合對稱4極剖面法的布極方式，測點距4m。為準(zhǔn)確了解隱患情況，用AB/2=14m和A′B′/2=6m兩種供電極距、MN/2=2m測量極距的對稱4極裝置的組合進(jìn)行探測。布極如圖1所示。

圖1 探測布極圖

測量時，供電電源A、B向地下恒流供電，建立恒定電流場，測出供電回路電流I和測量電極M、N間的電位差ΔV。

式中 ρs為視電阻率；ΔV為MN兩極間的電位差；I為供電電流強度；K為對稱四級裝置系數(shù)；AM、AN、MN為極距。

該方法最大有效探測深度7m。

（2）詳細(xì)探測采用電測深法。詳細(xì)探測為對稱4極布置方式，測點距2m。每個剖面通過增設(shè)供電電極A、B的個數(shù)，測點位置不變，利用供電電極極距越大，電場越趨越深的原理，由淺到深，探測不同深度的視電阻率變化，從而分析堤防內(nèi)部地質(zhì)和隱患情況。本工程探測采用6層掃描，即供電極距AB/2分別取1.5，2.5，4，6，9，12m，測量極距MN/2=1m，一次供電的情況下，測量每層視電阻率。該方法最大探測極距12m，最大有效探測深度約6m，可滿足探測要求。

高密度電法的原理與上述一致，探測裝置型式選定斯隆貝格裝置（高密度電法特有），電極距2m，8層掃描。測量時，供電電極A、B對稱等距離布置在測量電極M、N的兩側(cè)，四極皆在一條直線上，測點O位于中心，AO=BO，MO=NO。剖面測量時，裝置按設(shè)定的層數(shù)移動，A、B向兩側(cè)移動，M、N間距不變。

高密度電法在實際探測中使用了8條探測電纜，共64道電極開關(guān)，每個探測剖面長126m，探測完當(dāng)前剖面后留最后2根電纜，移動前6條電纜至下一剖面進(jìn)行滾動探測。本次隱患探測主要采用ZDT-I型智能堤壩隱患探測儀，局部測段采用E60CN型高密度電法儀。

3 探測資料整理

通過現(xiàn)場實際測量，共完成普查259.408km（左堤130.504km，右堤128.904km），詳細(xì)探查43.866km（左堤25.574km，右堤18.292km）；內(nèi)業(yè)資料整理共處理普測數(shù)據(jù)點128758個，詳測數(shù)據(jù)點120984個。

3.1 堤防地質(zhì)簡況

滏陽新河位于河北平原中東部地區(qū)，地形平坦開闊，由西南向東北略傾。地貌類型屬河流相沖積平原。工程區(qū)地層巖性由人工填筑土（Qml）和第四紀(jì)全新統(tǒng)沖積粉土等組成。

滏陽新河堤防為就地取材填筑而成，堤身土以粉土為主，其次為粉質(zhì)粘土。

3.2 施測段電阻率特點

電阻率表示不同物質(zhì)的導(dǎo)電性能。一般地，在含水量相差不大時，第四紀(jì)沉積層中顆粒越粗，孔隙越大，透水性越好，電阻率越高，也就是說同等條件下礫石、粗砂電阻率較高；中、細(xì)砂次之；粘土最低。電阻率法就是依據(jù)不同巖層電阻率差異來間接檢查堤防質(zhì)量。

3.3 現(xiàn)場檢查與評定

為了確保現(xiàn)場探測成果的可靠性，在探測過程中進(jìn)行質(zhì)量檢查，除對儀器設(shè)備的工作情況、探測方法和技術(shù)進(jìn)行檢查外，還進(jìn)行了重復(fù)觀測和檢查性觀測。

（1）重復(fù)觀測。在曲線的突變點和畸變線段、儀器參數(shù)或觀測條件發(fā)生改變的情況下，進(jìn)行重復(fù)觀測。每次重復(fù)觀測時改變電流，次數(shù)多少視具體情況而定。保證測量結(jié)果的相對誤差不超過5%。

（2）檢查觀測。沿程分階段進(jìn)行，每段測量結(jié)束后，重新布線，在確保儀器正常的情況下，對質(zhì)量可疑點（變化不規(guī)律、變化異常）進(jìn)行探測，全部外業(yè)工作結(jié)束前，對現(xiàn)場觀測記錄再次進(jìn)行檢查，確保采集數(shù)據(jù)可靠有效。

（3）測段距離的控制。每遇一里程樁，對測點距離與大堤樁號進(jìn)行比較修正，以保證測點位置與大堤樁號基本吻合。并在堤防兩側(cè)做百米標(biāo)記。

3.4 資料整理

普通探測資料整理的主要內(nèi)容是繪制測段視電阻率曲線剖面圖，根據(jù)視電阻率曲線圖，標(biāo)出異常點和異常段，對異常點和異常段進(jìn)行綜合評價，剔除假異常。根據(jù)普通探測具體情況，基本按照每5km一段進(jìn)行繪圖的原則，對原始探測數(shù)據(jù)，經(jīng)轉(zhuǎn)換處理后繪制視電阻率曲線剖面圖，如圖2。

圖2 滏陽新河左堤55+000～60+000普測視電阻率曲線剖面圖

詳細(xì)探測和高密度電法資料整理的主要內(nèi)容是繪制視電阻率剖面圖，或彩色色譜圖，視電阻率剖面圖或彩色色譜圖簡明形象地描繪了地電斷面的結(jié)構(gòu)與分布形態(tài)，形象直觀。對詳細(xì)探測的堤段一般按照每300m一段、高密度電法探測基本上按每500m一剖面進(jìn)行繪圖的原則，繪制視電阻率剖面圖亦等值線圖或色譜圖，以便分析隱患類型、具體位置。如圖3～4所示。

4 探測成果分析

4.1 隱患判定的原則

一般情況下，當(dāng)大堤土質(zhì)均勻無隱患時，圖像呈層分布，視電阻率等級強度變化一般從堤頂向下呈降低趨勢，但對于某些經(jīng)過處理如堤防加固，灌漿、新建防滲墻等堤段，也會有不同表現(xiàn)。當(dāng)大堤存在裂縫、空洞時，圖像層狀特征被破壞，出現(xiàn)條帶狀或橢圓形高阻色區(qū)，使得某些層位發(fā)生畸變，視電阻率梯度變化比較大。當(dāng)大堤存在松散土質(zhì)、砂層或雜填土層等不均勻體時，也表現(xiàn)為高阻色區(qū)，范圍較大，形態(tài)不規(guī)則。

堤防隱患一般是指松散體、洞穴、裂縫和砂層等。由于該區(qū)域近10a未遇洪水臨堤，河道干涸且地下水位連年下降，堤身比較干燥，洞穴、裂縫和松散體中填充的介質(zhì)為空氣，這3種隱患均呈高阻異常；其次砂層的電阻率遠(yuǎn)高于堤身粉土和粉質(zhì)粘土的電阻率，因此這四種隱患在滏陽新河均表現(xiàn)為高阻異常。

判斷堤防隱患異常的可靠程度通常用異常系數(shù) （亦異常值與正常場值之比或異常值與正常背景值之比），該系數(shù)隨不同堤防填筑材料而異，一般經(jīng)過開挖驗證資料取得。有資料統(tǒng)計，該值一般介于1.2～1.5，按相似工程采用異常系數(shù)1.3作為推測滏陽新河堤防隱患的特征值。根據(jù)隱患分布、電阻率背景值等，推測隱患發(fā)育段（含砂土筑堤段、雜填土段等不良土質(zhì)段）和松散體（含裂縫、洞穴、局部砂層、低密度區(qū)）。

4.2 普測資料分析

（1）總體反映AB/2=6m的視電阻率大于AB/2=14m的值，符合堤防電阻率分布規(guī)律。

（2）視電阻率整體分布比較穩(wěn)定，一般穩(wěn)定在20～40Ω·m，但部分區(qū)域存在高阻值。經(jīng)分析，推測左堤可能存在相對明顯隱患發(fā)育段60段，長度19.124km，右堤可能存在相對隱患發(fā)育段39段，長度27.084km，分別為所測長度的14.7%和21.0%。

4.3 詳測資料分析

在普測基礎(chǔ)上，選取一定長度的堤防進(jìn)行詳測。本次在左堤選取83段、右堤選取63段進(jìn)行詳細(xì)探測，實測長度39.666km。

通過視電阻率剖面圖分析，初步推測缺陷位置、性質(zhì)、頂部埋深等。推測左右堤防隱患長度分別為10.321km和10.088km，占所測長度的44.3%和61.5%；推測隱患257處，其中空洞2處，裂縫10處，松散體245處；有90段堤防整體或局部視電阻率較高。

本次在左右堤共選取5段堤防進(jìn)行高密度探測，樁號分別為107+000～108+000、117+500～118+000、122+200～123+000、71+000～71+500、114+500～115+900，探測總長度4.2km。

通過視電阻率剖面圖分析，推測左、右堤隱患長度分別為1.31km和0.634km，隱患6處，主要表現(xiàn)形式為松散體，見表1。

5 結(jié)語

（1）用剖面法普查，推測堤防可能存在隱患缺陷145段，長度58.062km，占所測堤防總長度22.4%。其中左堤84段24.634km，右堤61段33.428km，分別為所測長度的18.9%和25.9%。左堤可能存在相對明顯隱患發(fā)育段60段，長度19.124km，右堤存在相對明顯隱患發(fā)育段39段，長度27.084km，占所測長度的14.7%和21.0%。

表1 滏陽新河堤防高密度電法探測成果表

（2）用連續(xù)測深法進(jìn)行詳細(xì)探查，實際探測39.666km，其中推測左右堤隱患缺陷長度10.321km和10.088km，占所測長度的44.3%和61.5%；推測隱患缺陷257處，其中可能缺陷型式空洞2處，裂縫10處，松散體245處；有90段堤防整體或局部視電阻率較高。

（3）高密度探測實際距離4.2km，推測隱患缺陷長度1.944km，主要隱患型式松散體。

通過詳細(xì)探查及探坑開挖結(jié)果，基本驗證了普測對隱患發(fā)育段的推測，進(jìn)而證明了普測結(jié)果的真實性與可靠性。

［1］SL 436—2008，堤防隱患探測規(guī)程［S］.

［2］郭玉松，謝向文，馬愛玉，等.從堤防隱患探測到堤防隱患監(jiān)測的思考［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2003（3）.