堤防工程質(zhì)量評價(jià)方法及應(yīng)用研究

王成俊 南京市水利建筑工程檢測中心有限公司

本工程為天津市某河道段，質(zhì)量評價(jià)范圍為400m。主要包括堤基質(zhì)量檢查和堤身隱患探測，以確保堤防結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定和滲流穩(wěn)定。

1.堤基質(zhì)量

本次堤基勘察采用鉆探取樣、原位測試和土工試驗(yàn)相結(jié)合的勘探手段，勘察孔定位采用全站儀施測定位。鉆探采用XY-150型鉆機(jī)1臺(tái)，鉆探取樣采用薄壁取土器，靜壓方式取樣，采取的土樣均為Ⅰ、Ⅱ類土樣；室內(nèi)土工試驗(yàn)采用南京土壤儀器廠生產(chǎn)的系列土工試驗(yàn)儀器設(shè)備，土工試驗(yàn)包括常規(guī)物理、力學(xué)指標(biāo)試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)及水質(zhì)分析試驗(yàn)等。

1.1 堤基工程條件

該河流場地所處地貌類型屬濱海相海積、沖積平原。堤基勘察方法包括原位試驗(yàn)、現(xiàn)場取樣、室內(nèi)土工試驗(yàn)等，結(jié)合以上方法的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析比較，較為完整地反映土層分布特征。在深度10.0m范圍內(nèi)，地基土屬第四系人工填土層（Q）、全新統(tǒng)陸相沖積層、海相沉積層（Q），可分為3個(gè)大層，按物理力學(xué)指標(biāo)及巖土特征可細(xì)分為3個(gè)亞層，主要特征按層序自上而下包括①Q(mào)素填土：黃褐色，松散，以粘性土為主；④Q粘土：黃褐色，可塑，含鐵質(zhì)；⑥Q淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：灰色，可塑，含貝殼。

1.2 堤基地層承載力

根據(jù)土工試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入測試的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，結(jié)合當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)驗(yàn)，本場地地基土承載力特征值f評價(jià)見表1。

表1 各地基土承載力特征值fak統(tǒng)計(jì)表

1.3 堤基層均勻性

根據(jù)勘探結(jié)果分析，該場地土在垂直方向成層分布，各層土體厚度及性能在水平方向無明顯變化，從整個(gè)場地看各層厚度略有起伏，總體上屬均勻場地土，土的工程特性差異性不顯著，屬均勻性地基。

2.堤身質(zhì)量

本次工作采用地質(zhì)雷達(dá)，對該段堤防堤頂、迎水坡、背水坡的結(jié)構(gòu)內(nèi)部可能存在的隱患進(jìn)行探測，目的是查明堤防堤身內(nèi)部存在的不密實(shí)、脫空、液化區(qū)等不良地質(zhì)體。

2.1 測線布置

本次在河道檢測段布置了9 條雷達(dá)測線（圖1），測線1～4是順公路檢測線，長度400m；5～9是橫測線，測線長度20 m，分別布置在長測線的5m、100m、200m、300m、400m的位置。

圖1 雷達(dá)測線布置圖

2.2 探測方法

雷達(dá)地質(zhì)探測技術(shù)的基礎(chǔ)是探測對象與其周圍物質(zhì)對電磁波的傳導(dǎo)性能存在差異。利用發(fā)射天線向探測對象發(fā)射高頻脈沖電磁波，電磁波在經(jīng)過不同介質(zhì)的傳播、反射后形成直達(dá)波和反射波，由接收天線接收。根據(jù)接收電磁波的波形特征和不同介質(zhì)的傳播差異，分析接收波的頻率、振幅、相位等特征，從而確定檢測對象內(nèi)隱蔽體的位置。雷達(dá)地質(zhì)探測技術(shù)具有檢測效率高、抗干擾能力強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)無損檢測等優(yōu)點(diǎn)，在地基探測中應(yīng)用效果較好。

2.3 探測儀器及技術(shù)參數(shù)

本次檢測采用美國地球物理測量系統(tǒng)公司生產(chǎn)的SIR-3000型地質(zhì)雷達(dá)，該系統(tǒng)是時(shí)間域地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)，檢測天線頻率40MHz，發(fā)射頻率12kHz，掃描采樣點(diǎn)數(shù)1024，記錄長度700ns，設(shè)有低通-無限響應(yīng)濾波器和高通-無限響應(yīng)濾波器。

2.4 數(shù)據(jù)處理和解譯

本次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理是采用WINRAD專用雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件，常規(guī)處理流程如下：

數(shù)據(jù)采集→數(shù)據(jù)傳輸→水平均衡→零漂校正→濾波除雜→計(jì)算頻率、振幅→濾除繞射信號→增益處理→標(biāo)定坐標(biāo)→輸出檢測圖像。實(shí)際進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，根據(jù)資料的品質(zhì)特征選擇了合理的數(shù)據(jù)處理步驟，進(jìn)行資料處理分析。

電磁波通過發(fā)射天線向堤身發(fā)射雷達(dá)波，遇到存在明顯介電性差異介質(zhì)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)反射或散射，表現(xiàn)為當(dāng)?shù)谭来嬖诿摽栈虿幻軐?shí)等隱患時(shí)，雷達(dá)波同相軸顯示存在不連續(xù)、錯(cuò)斷、振幅異常強(qiáng)區(qū)域；當(dāng)?shù)谭啦淮嬖陔[患且堤身土體分布均勻時(shí)，則雷達(dá)波同相軸連續(xù)性好，波向和振幅一致性均較好，電磁波衰減均勻，無畸變雷達(dá)波信號存在。

2.5 探地雷達(dá)現(xiàn)場檢測

現(xiàn)場檢測時(shí)，首先在地面標(biāo)志出設(shè)計(jì)的雷達(dá)探測線，設(shè)計(jì)5m為一個(gè)控制點(diǎn)，檢測天線沿設(shè)計(jì)測線貼面連續(xù)檢測，為消除天線走動(dòng)不均勻造成的影響，每5m按動(dòng)標(biāo)記開關(guān)，以便準(zhǔn)確控制剖面位置。

2.6 探測結(jié)果與分析

檢測區(qū)域存在大型特高壓線和其它電力、電話線，對地質(zhì)雷達(dá)波存在較強(qiáng)的電磁干擾，覆蓋面較廣，較強(qiáng)覆蓋了有效信號，此類干擾信號后期反復(fù)處理仍無法有效去除，信噪比較低，在本次探測的所有測線上均有明顯反映，此類信號異常不作為堤身異常來解釋，予以排除。

（1）測線1探測結(jié)果。圖2是堤防測線1雷達(dá)探測剖面圖，測線1位于堤防迎水坡的坡面上，探測結(jié)果顯示大型特高壓線和其它交叉電力線對雷達(dá)波探測存在干擾，表現(xiàn)在測線20m的中心位置存在一處強(qiáng)烈的雷達(dá)波反射信號，呈雙曲線弧狀，此處測線上方為大型特高壓輸電線，對雷達(dá)電磁波信號干擾強(qiáng)，覆蓋了地層的有效信號；同時(shí)，在長測線60m、120m、190m、240m、300m、360m、390m的中心位置均存在規(guī)則的X型交叉干擾信號，干擾信號強(qiáng)度沒有大型高壓輸電線干擾信號強(qiáng)，是由周圍交叉電力線干擾引起。除這次干擾信號外，電磁波傳播速度均勻、連續(xù)，無明顯強(qiáng)反射區(qū)域，表明測線1的下方地層的連續(xù)性良好，堤身沒有明顯的隱患存在。

圖2 測線1雷達(dá)探測成果剖面圖

（2）測線2探測結(jié)果。測線2位于堤防公路迎水面一側(cè)，靠近公路的邊沿，探測結(jié)果顯示測線2存在和測線1同樣的電磁干擾信號，隸屬于同一干擾源，除此外無明顯的其它雷達(dá)波異常信號存在，表明測線2的下方地層的連續(xù)性良好，堤身無明顯的隱患存在。

（3）測線3探測結(jié)果。圖3是堤防測線3雷達(dá)探測剖面圖，測線3位于堤防公路的中軸線上，探測結(jié)果顯示測線3存在和測線1、2同樣的電磁干擾信號，隸屬于同一干擾源。除此外，新舊堤防的結(jié)合面存在3處不密實(shí)區(qū)域，主要分布測線75～95m、205～220m和265～275m的范圍，表現(xiàn)為雷達(dá)波同相軸不連續(xù)，振幅變強(qiáng)，波長變粗，電磁波視頻率低，推測該3處堤段的新舊堤防結(jié)合面壓實(shí)度不足，欠密實(shí)，結(jié)合面的含水率相對周圍堤身較高。

圖3 測線3雷達(dá)探測成果剖面圖

（4）測線4 探測結(jié)果。圖4 是堤防測線4雷達(dá)探測剖面圖，測線4 位于堤防公路背水面的一側(cè)，靠近公路的邊沿，探測結(jié)果顯示測線4 存在和測線1、2、3同樣的電磁干擾信號，隸屬于同一干擾源。測線4 存在4 處不密實(shí)異常，主要分布測線85～95m、205～220 m、260～280m和315～340m的范圍，表現(xiàn)為雷達(dá)波同相軸不連續(xù)，振幅變強(qiáng)，波長變粗，電磁波視頻率低，推測該4 處堤段為新舊堤防結(jié)合面欠密實(shí)、壓實(shí)度不足，相對周圍堤身含水率較高。

圖4 測線4雷達(dá)探測成果剖面圖

（5）橫測線探測結(jié)果。圖5是堤防測線5、6、7、8、9橫測線探測剖面，方向從背水坡向迎水坡，測線布置在長測線5m、100m、200m、300m、400m的位置。探測結(jié)果顯示背水坡段雷達(dá)反射能量較強(qiáng)，推測是背水破的土體不均勻引起；在路面上的雷達(dá)波同相軸連續(xù)，振幅、波向一致性均較好，沒有明顯異常；迎水坡段雷達(dá)波同相軸總體連續(xù)，振幅、波向一致性較好，但雷達(dá)波形相對路面段較粗，是因?yàn)橛峦馏w的介電常數(shù)相對路面段較高，雷達(dá)波傳播速度變慢，電磁波視頻率低的緣故，故橫測線5～9的下方堤身無明顯隱患。

圖5 測線5、6、7、8、9雷達(dá)探測成果剖面圖

通過地質(zhì)雷達(dá)法對堤防進(jìn)行探查表明：被檢測段堤防堤身總體良好，沒有明顯的規(guī)模較大的隱患存在，局部存在小規(guī)模的不密實(shí)區(qū)域，主要產(chǎn)生在新舊堤防的結(jié)合面，推測可能是新舊堤防結(jié)合面壓實(shí)度不足或結(jié)合面高含水所致。

3.結(jié)論

通過鉆探取樣、原位測試與土工試驗(yàn)相結(jié)合的勘探手段，以及探地雷達(dá)等技術(shù)對堤基、堤身進(jìn)行全面檢查、隨機(jī)抽查、重點(diǎn)勘察，并依據(jù)《堤防工程安全評價(jià)導(dǎo)則》（SL/Z 679-2015）中相關(guān)規(guī)定與內(nèi)容，形成如下評價(jià)結(jié)論：工程質(zhì)量未完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，且未發(fā)現(xiàn)影響工程安全的質(zhì)量缺陷。