綜合物探方法在海塘隱患探測中的應(yīng)用

王曉萌

（上海新地海洋工程技術(shù)有限公司，上海200083）

1 引言

長期以來，受到自然條件以及人為因素的影響，海塘的防滲體系會(huì)出現(xiàn)裂縫、脫空等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致海塘不能安全有效地運(yùn)行。如何快速無損有效探查出隱患，并對(duì)隱患進(jìn)行加固除險(xiǎn)，是堤防管理工作中的重要內(nèi)容。

海塘的無損隱患探測可以采用高密度電法、自然電場法、探地雷達(dá)法、天然源面波法、瑞雷波法等技術(shù)。由于物探方法反演結(jié)果具有多解性，利用單一的物探方法難以解釋海塘的隱患情況。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，筆者對(duì)上海浦東新區(qū)某段海塘開展了探地雷達(dá)法、自然電場法和天然面波法的綜合物探工作，并取得了良好的效果。

2 綜合物探方法

2.1 探地雷達(dá)法

探地雷達(dá)是利用激發(fā)天線向目標(biāo)體發(fā)射高頻脈沖電磁波，電磁波在介質(zhì)中傳播，遇到界面后產(chǎn)生反射波，反射波會(huì)被接收天線接收。整個(gè)過程由探測儀器主機(jī)控制，接收天線接收到的時(shí)變信號(hào)也由主機(jī)記錄。分析雷達(dá)記錄中目標(biāo)體及周邊介質(zhì)之間的反射特性差異，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)體內(nèi)部的缺陷進(jìn)行探測[1,2]。

2.2 自然電場法

當(dāng)海塘中存在隱患時(shí)，地下水會(huì)在地下空隙、裂隙中流動(dòng)，并將帶走雙電層溶液一側(cè)的部分陽離子。于是，在水流的上游會(huì)留下多余的負(fù)電荷，而下游有多余的正電荷，因而形成極化。通過電位觀測儀探測得到測線上電位異常的分布規(guī)律，可以判斷隱患在地下空間中的大致分布[3,4]。

2.3 天然面波法

地球表面存在一種微弱波動(dòng)，如風(fēng)、潮汐、氣壓、火山活動(dòng)、人類行走、車輛移動(dòng)等活動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。天然面波法即利用上述活動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)，提取微動(dòng)信號(hào)中的瑞雷波信號(hào)，根據(jù)頻率和振幅隨時(shí)間和空間顯著變化的特性，推斷地下空間的速度結(jié)構(gòu)，進(jìn)而描述地下空間的介質(zhì)分布[5,6]。

3 探測實(shí)例及分析

3.1 工程概況

上海浦東新區(qū)某海塘大堤采用水力機(jī)械分層吹填壩體的結(jié)構(gòu)，并在6m、3m 高程處設(shè)置消浪平臺(tái)。巡檢發(fā)現(xiàn)主堤多處有明顯沉陷，部分灌砌塊石坡面有水流不間斷滲出，說明堤身可能存在滲漏通道。為確保大堤安全，采用綜合物探方法對(duì)該段大堤進(jìn)行探測。

3.2 物探方法參數(shù)設(shè)置

本次探測任務(wù)的方法參數(shù)如下：自然電場法采用電位觀測，點(diǎn)矩2m，電位總基點(diǎn)穩(wěn)定且接地良好。天然面波采用三角形觀測臺(tái)陣，臺(tái)陣大小為6m，單點(diǎn)測試時(shí)間15min，滾動(dòng)向前觀測。探地雷達(dá)采用100MHz 的天線，采樣時(shí)窗300ns，采樣點(diǎn)1 024，掃描速率 30 次/s。

3.3 物探成果分析解釋

3.3.1 自然電場成果分析

由測線的自然電場電位剖面圖（見圖1）可知，在80m 處附近出現(xiàn)相對(duì)高電阻異常，推斷為未充水的空洞或地層松散，與現(xiàn)場沉陷位置對(duì)應(yīng)。

圖1 自然電位法剖面圖

3.3.2 地質(zhì)雷達(dá)成果分析

由測線地質(zhì)雷達(dá)剖面圖（見圖2）可知，測線24.0～30.0m處，埋深0.8m 位置探地雷達(dá)剖面圖同相軸錯(cuò)斷，呈“拋物線狀”雷達(dá)反射異常，推斷此處地下地層松散或欠密實(shí)，該位置與現(xiàn)場塌陷相對(duì)應(yīng)。

圖2 地質(zhì)雷達(dá)剖面圖

3.3.3 天然面波法成果分析

由天然面波法得到的剖面圖（見圖3）可知，淺部高速層（＞600m/s）為砌塊石、拋石棱體反應(yīng)；深部低速層（＜500m/s）為充填砂性土以及更下部的灰色砂質(zhì)粉土層反應(yīng)。樁號(hào)36～41m處，淺部波速相對(duì)較低，該處表層砌塊石現(xiàn)場沉降明顯，推測該處地層下方存在較大隱患。

圖3 天然面波剖面圖

3.3.4 綜合成果分析

結(jié)合上述探測結(jié)果可以看出，自然電場法、地質(zhì)雷達(dá)法、天然面波法都能反映海塘堤壩相應(yīng)的地下地層結(jié)構(gòu)，并且都能探測出現(xiàn)場存在的隱患。

4 結(jié)論

通過本文的分析，得到以下結(jié)論：

1）在海塘堤防隱患探測中，相比單一的物探方法，綜合物探法可以相互印證，減小多解性的影響，更加準(zhǔn)確地判斷目標(biāo)體的結(jié)構(gòu)特征；

2）物探方法應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)場的巡視結(jié)果來判斷異常是否合理；

3）可以現(xiàn)場鉆孔取樣驗(yàn)證綜合物探的成果，以達(dá)到最大的探測精度。