地質(zhì)雷達(dá)在啟東江海產(chǎn)業(yè)園海堤隱患探測中的應(yīng)用

賈 軍 崔 培 王桂生

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司 合肥 230601）

1 引言

地質(zhì)雷達(dá)（GroundPenetratingRadar，GPR）是通過向所探測地面下方發(fā)射高頻電磁波束、并接受來自地下介質(zhì)界面的反射波來探測地下介質(zhì)分布的地質(zhì)探測技術(shù)。由于具有抗干擾性強(qiáng)、探測范圍廣、分辨率高、定位準(zhǔn)確、快速經(jīng)濟(jì)、靈活方便、剖面直觀、圖像實時顯示等優(yōu)點(diǎn)，已成功地應(yīng)用于巖土工程勘察、工程質(zhì)量無損檢測、礦產(chǎn)資源研究、生態(tài)環(huán)境檢測、城市地下管網(wǎng)普查、隧道施工超前預(yù)報、堤壩隱患探測等眾多領(lǐng)域。

海堤工程一般修建在潮間帶灘涂上，堤身普遍碾壓不實，土質(zhì)不均，運(yùn)行期又飽受海潮侵蝕和風(fēng)浪沖擊，導(dǎo)致海堤建成后，相當(dāng)長時間內(nèi)仍有沉降、淘蝕發(fā)生，且多數(shù)海堤遭遇風(fēng)暴潮后往往進(jìn)行臨時搶險搶修，導(dǎo)致現(xiàn)狀海堤多是在早期幾經(jīng)修復(fù)的堤身上。根據(jù)海塘工程所處環(huán)境及其自身特點(diǎn)，堤身內(nèi)部往往存在不均勻的異常層以及局部不均勻處（包括早期施工和搶險加固留下的薄弱環(huán)節(jié)，如樹枝、草包、棉絮、亂石堆等不利于海塘安全的物質(zhì)），并可能發(fā)展成為滲漏通道，甚至產(chǎn)生滑塌毀損等現(xiàn)象。查明和圈定影響堤身穩(wěn)定的異常物質(zhì)層及局部異常物質(zhì)分布區(qū)，是海堤除險加固的重要內(nèi)容之一。

本文結(jié)合啟東市江海產(chǎn)業(yè)園海堤加固工程，介紹地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)在該海堤K9+665～K11+655 段隱患摸排中的應(yīng)用，并根據(jù)探測到的海堤內(nèi)部土體結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及隱患分布情況，為海堤維修加固提供科學(xué)依據(jù)。

2 測區(qū)概況與地球物理特征

2.1 測區(qū)海堤工程概況

研究段海堤防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇黃海高潮位加百年一遇風(fēng)浪，海堤級別為1 級，堤身結(jié)構(gòu)采用復(fù)式斷面混合堤?，F(xiàn)狀坡面多為灌砌石護(hù)坡，堤腳設(shè)拋石鎮(zhèn)壓層，由于該段海堤建成時間較長且凸向開敞式外海，海潮侵蝕及風(fēng)浪沖擊作用強(qiáng)，沿線多處存在堤腳淘空、護(hù)坡塌陷、坡面及擋浪墻局部破壞失穩(wěn)等病害。

海堤加固設(shè)計仍采用復(fù)式斷面混合堤，堤身采用充填袋裝砂加高培厚。堤頂高程7.4m，寬8.5m，外海側(cè)設(shè)反弧形防浪墻，墻頂高程8.5m。內(nèi)坡坡比1∶3，外海側(cè)設(shè)兩級坡，一級坡（上坡）坡比1∶3，二級坡（下坡）坡比隨現(xiàn)狀，兩級坡面之間設(shè)消浪平臺，平臺高程4.3～4.2m，寬5.0m。一級坡防浪墻至6.57m 高程坡面采用35cm 厚灌砌石護(hù)坡，其余迎水坡坡面均采用2t 扭王塊護(hù)面，坡腳設(shè)置5.0m 寬、1.0m 厚拋石鎮(zhèn)壓層。

2.2 測區(qū)水文地質(zhì)概況

研究段海堤外海潮汐性質(zhì)為規(guī)則半日潮，以東南～西北向往復(fù)流為主，大潮和小潮期間流速差異明顯。潮灘相對較寬，近岸灘地寬約2～4km。由于海岸相對開敞，波浪對岸灘的作用較強(qiáng)，隨著高灘圍填實施，上淤下沖逐步向單一沖刷過渡。

工程區(qū)屬啟海平原區(qū)，地勢相對平坦。堤身土以粉砂為主，其次為輕粉質(zhì)壤土，局部夾淤泥、中粉質(zhì)壤土等，表層多含碎石，草莖、碎貝殼等。堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)為砂性土單一結(jié)構(gòu)，地層為粉砂，一般呈松散～稍密狀態(tài)，局部夾薄層輕粉質(zhì)壤土、淤泥等，粉砂層平均厚度15.58m。

2.3 測區(qū)地球物理特征

測區(qū)的主要介質(zhì)為空氣、海水、塊石坡面及堤身填筑粉砂層（表1）。

表1 測區(qū)介質(zhì)物性參數(shù)表

塊石坡面與堤身粉砂在物性上存在較大差異，前者呈高阻低介電的特性，后者電阻率相對較低，相對介電常數(shù)較高。分析表l 可知，測區(qū)具備開展地質(zhì)雷達(dá)法的地球物理前提。

3 現(xiàn)場測試方案

3.1 探測方法

由于常規(guī)鉆探方法在拋石中鉆進(jìn)困難，成本高、工期長，且只能在點(diǎn)上反映，無法反映隱患分布的連續(xù)性與整體性，因而本次利用地質(zhì)雷達(dá)對該段海堤病險進(jìn)行探測。地質(zhì)雷達(dá)探測采用拖動式電波所LTD～2600 數(shù)字地質(zhì)雷達(dá)，其具有高集成化、真數(shù)字式、高速、輕便、功耗低、頻帶寬、數(shù)據(jù)質(zhì)量高、抗擾能力強(qiáng)、穿透性能好、適用范圍廣、探測深度大等特點(diǎn)。根據(jù)海堤實際情況及需要探測部位隱患分布情況，結(jié)合場地條件，首先對現(xiàn)場進(jìn)行踏勘、調(diào)研、測量相結(jié)合，明確探測區(qū)域，然后采用地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)，開展指定區(qū)域地下隱患檢測工作，識別、判定疏松、脫空和空洞等隱患。

3.2 測線布置

根據(jù)前期海堤隱患排查及施工單位初步鉆探情況，共布置雷達(dá)測線5 條，總長13.5km，其中消浪平臺2 條（測線1、2），外海側(cè)二級坡3 條（測線3～5）。限于篇幅，以樁號K9+655～K11+655 典型堤段為例，雷達(dá)測線平面布置如圖1 所示。

圖1 雷達(dá)測線平面布置圖

3.3 數(shù)據(jù)采集與處理

現(xiàn)場標(biāo)定好測線，設(shè)定好地質(zhì)雷達(dá)參數(shù)，對場地進(jìn)行必要的清理后，以5km/h 勻速對檢測區(qū)域展開檢測，對重點(diǎn)區(qū)域、可疑區(qū)域進(jìn)行加密掃描。

地質(zhì)雷達(dá)檢測使用GroundVison2 數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，Reflexw 二維數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行了預(yù)處理、增益調(diào)整、濾波和成圖等處理，最終得到各測線的成果圖，并通過仔細(xì)判讀信息處理后的雷達(dá)圖像，對檢測波形的時間剖面、波形及振幅的變化規(guī)律的對比分析進(jìn)行綜合評判。主要判定特征如下：（1）密實：信號幅度較弱，甚至沒有界面反射信號；（2）疏松：界面的強(qiáng)反射信號同相軸呈繞射弧形，并且不連續(xù)，錯斷；（3）空洞：界面反射信號強(qiáng)，三振相明顯，在其下部仍有強(qiáng)反射界面信號，兩組信號時程差較大。

3.4 探測結(jié)論

測區(qū)內(nèi)海堤典型隱患部位探測圖譜與現(xiàn)場開挖后實況對比后，地質(zhì)雷達(dá)檢測圖譜反映出的情況基本與現(xiàn)場一致。

通過數(shù)據(jù)整理、波形處理和波速解譯，結(jié)合現(xiàn)場檢測與驗證，樁號K9+655～K11+655 典型堤段地下隱患類別、位置等信息如圖2 和表2 所示。

表2 典型堤段地下隱患探測成果統(tǒng)計表

圖2 典型堤段隱患分布示意圖

4 工程加固方案

根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)檢測成果，結(jié)合周邊工程經(jīng)驗，對研究段海堤不同隱患類型采用不同的處理方式對堤身進(jìn)行加固，具體加固措施如下：

（1）對空洞區(qū)域，采用開挖回填的方式進(jìn)行加固處理?？斩炊磸酱笥?0cm 時，采用拋石回填；空洞洞徑小于30cm，則采用水泥摻量為10%的水泥土回填，并控制壓實度不低于0.95。

（2）對脫空區(qū)域，原則上采用坡面低壓注漿進(jìn)行加固處理，當(dāng)注漿加固難以有效充填時，則局部拆除坡面，回填10%水泥土。低壓注漿用漿液水灰比1.0～1.5，水玻璃摻量3%～6%（重量百分比），注漿壓力0.05MPa，每孔灌漿量不小于2.0m3。

（3）對疏松區(qū)域，采用低壓注漿進(jìn)行加固處理，每孔灌漿量不小于1.0m3，其余漿液參數(shù)同前文。

5 結(jié)語

（1）本文結(jié)合啟東市江海產(chǎn)業(yè)園海堤加固工程，采用地質(zhì)雷達(dá)對海堤潛在隱患部位進(jìn)行探測，通過對雷達(dá)圖像的分析與解譯，查明了隱患分布情況，并被局部鉆探所驗證。

（2）塊石坡面與堤身粉砂層物性上的較大差異，是開展地質(zhì)雷達(dá)探測的物理前提，同時工程區(qū)潮差較大，平均低潮位低于灘涂面，侯潮檢測可有效減輕海水對介質(zhì)電性質(zhì)的影響。

（3）根據(jù)不同海堤隱患類型，采用不同的處理方式對迎水坡進(jìn)行加固處理。加固工程經(jīng)受2021年第6 號臺風(fēng)“煙花”的考驗，目前，工程完工近一年，加固效果良好。

（4）地質(zhì)雷達(dá)作為工程物探的一種常用方法，本身具有一定的多解性，另外，海水的高電導(dǎo)率和高損耗性對地質(zhì)雷達(dá)電磁波的吸收影響較大。對于類似工程，一方面應(yīng)盡量選擇頻率較低的天線侯潮探測；另一方面，在有條件的情況下宜結(jié)合適量的鉆孔配合驗證■