渠堤內(nèi)部隱患探測(cè)方法對(duì)比分析★

李延卓 李姝昱

(黃河水利委員會(huì)黃河水利科學(xué)研究院，河南 鄭州 450003)

1 概述

長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)的大部分渠堤的隱患排查工作都是靠人工探視的方法，很容易出現(xiàn)漏查、漏報(bào)的情況。如何借助先進(jìn)的科學(xué)探測(cè)技術(shù)，快速有效地探查到隱患部位，有的放矢地進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理是一項(xiàng)十分重要的研究工作。在高寒區(qū)渠堤病險(xiǎn)探測(cè)方面，其探測(cè)方法有多種，包括高密度電法、探地雷達(dá)法和聲學(xué)方法等。每種方法都有自身的優(yōu)點(diǎn)和局限，發(fā)揮每種方法的優(yōu)勢(shì)，從不同的角度，結(jié)合不同物理探測(cè)指標(biāo)，綜合對(duì)渠堤內(nèi)部隱患進(jìn)行排查，盡可能準(zhǔn)確的了解渠堤內(nèi)部病險(xiǎn)狀況，為開(kāi)展渠堤除險(xiǎn)加固提供技術(shù)支撐。本文以新疆高寒地區(qū)某干渠為例，通過(guò)幾種物探方法的綜合探測(cè)與比較，開(kāi)展渠堤的內(nèi)部隱患檢測(cè)與評(píng)價(jià)工作。

2 方法原理

2.1 高密度電法

設(shè)在水平地表通過(guò)兩供電電極A，B向地下供電，電流為I，均勻無(wú)限各向同性介質(zhì)的地下半空間電阻率為ρ，通過(guò)求解給定邊界條件下簡(jiǎn)單地電條件的位場(chǎng)分布，則地表任意兩測(cè)量電極M，N間的電位差為：

從而求得均勻大地電阻率為：

其中,AM，BM，AN，BN由A，B，M，N四個(gè)電極間的相鄰位置決定[1]。

2.2 探地雷達(dá)

通過(guò)發(fā)射天線將高頻脈沖電磁波定向送入地下，當(dāng)遇存在電性差異的地下地層或目標(biāo)體經(jīng)反射后返回地表，由接收天線接收。由于地下介質(zhì)的導(dǎo)電性、介電性存在差異，根據(jù)電磁波在傳播過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生能量衰減、頻散、頻移等變化，接收天線接收到的電磁波信號(hào)包含了地下介質(zhì)信息，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理就可以得到地下介質(zhì)分布情況[2](見(jiàn)圖1)。

2.3 瑞雷面波

3 工程概況

新疆某總干渠海拔在500 m～900 m，年降水量小于100 mm，氣候干燥，多風(fēng)少雨，土質(zhì)為石質(zhì)戈壁及沙漠，試驗(yàn)檢測(cè)位于干渠樁號(hào)44+000～58+179段，該段渠堤工程概括如下：

渠道沿Ⅴ級(jí)平臺(tái)前緣通過(guò)，地形傾北西，坡度10°～12°，斜坡上地形起伏較大，樁號(hào)45+800,46+300,48+700,49+700,52+045,55+300,56+600發(fā)育7條較大的沖溝，沖溝切割深5 m～10 m，寬100 m～500 m，施工時(shí)52+045,55+300已設(shè)排洪涵洞，其他段設(shè)防洪堤、納洪口。

該段除45+450～46+600渠底及渠半坡為泥巖外，其他部位均為含礫的粗砂巖：干密度1.8 g/cm3～1.9 g/cm3，直剪試驗(yàn)φ=30°～33°，C=35 kPa，壓縮系數(shù)0.085 MPa，壓縮模量15.5 MPa，屬低壓縮性巖土、泥巖，無(wú)荷載膨脹量15%～18%，自由膨脹率76.3%～95%，膨脹力0.1 MPa～0.15 MPa，屬?gòu)?qiáng)膨脹巖。施工已將渠底膨脹巖挖除，換填含礫的粗砂巖充砂礫巖。

渠道工程地質(zhì)條件較好，該段渠道屬半挖半填、挖填交替，挖深一般3 m～7 m，局部地段最大挖深可達(dá)16 m，填方高一般2 m～4 m，較大的沖溝填方高達(dá)8 m。填方料采用附近的含礫粗砂巖，天然含水量5%～9%，經(jīng)分層灑水碾壓干密度1.7 g/cm3～1.9 g/cm3，平均1.78 g/cm3。

4 測(cè)線布置

采用3種不同的探測(cè)方法，高密度電法布置于渠道右岸49+350～49+390處，探地雷達(dá)布置于渠道右岸49+350～49+450處，面波布置于渠道右岸49+350～49+450處。具體測(cè)線布置情況見(jiàn)表1。

表1 測(cè)線布置統(tǒng)計(jì)表

5 探測(cè)成果

5.1 高密度電法

本次檢測(cè)工作采用美國(guó)AGI公司生產(chǎn)的高密度電法儀(型號(hào)R8/IP)，電極間距1 m，測(cè)線總長(zhǎng)39 m。經(jīng)后處理軟件反演后，得到如圖2所示的成果圖，未發(fā)現(xiàn)較大范圍低阻異常。

5.2 探地雷達(dá)法

本次檢測(cè)工作采用GSSI公司生產(chǎn)的TerraSIRch SIR 3000型地質(zhì)雷達(dá)，測(cè)線總長(zhǎng)40 m，探測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖3。經(jīng)探測(cè)，樁號(hào)49+375～49+381、深度10 m～12 m范圍，電磁波有強(qiáng)反射和同相軸錯(cuò)亂，判斷為不密實(shí)區(qū)域。其他區(qū)域電磁波速均勻，無(wú)異常。

5.3 瑞雷面波法

本次檢測(cè)采用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所研制的WZG-24工程地震儀，采用錘擊震源激發(fā)方式，檢波器間距3 m，測(cè)點(diǎn)間距3 m。探測(cè)成果見(jiàn)圖4，在渠堤深6 m范圍內(nèi)，面波速度范圍為200 m/s～260 m/s，總體分析面波速度較低。由面波頻散曲線判斷渠堤呈層狀分布，2 m以上的渠堤面波速度相對(duì)較高(大于230 m/s)，說(shuō)明渠堤頂部土體壓實(shí)度較高。橫向分析，該段渠堤各測(cè)點(diǎn)面波速度均在200 m/s～260 m/s范圍內(nèi)，說(shuō)明沿橫向上土體較為均勻。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上幾種方法的對(duì)比聯(lián)合探測(cè)可以看出，每種方法的探測(cè)效果是不同的，只利用某種探測(cè)手段往往達(dá)不到理想的效果。本次高密度電法勘探對(duì)地下目標(biāo)體的反應(yīng)并不敏感，加之后處理的影響，沒(méi)有達(dá)到反映地下不良地質(zhì)體的目的；探地雷達(dá)法探測(cè)速度快，后處理方便快捷，能夠比較真實(shí)的反映地下地質(zhì)體的基本情況，并且探測(cè)深度較深，是一種比較可靠有效的探測(cè)方法；瑞雷面波法由于受到激發(fā)能量的限制，對(duì)于淺部地層的探測(cè)比較有效，對(duì)深部土體的探測(cè)受到一定的約束，且探測(cè)的速度較慢。

每種方法都會(huì)受到不同因素的影響，造成檢測(cè)結(jié)果存在不同程度的誤差，在實(shí)際工程中還要結(jié)合相關(guān)的資料和采用其他方法對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。