孟新華

（江蘇省張家港市水利局，215600，張家港）

長(zhǎng)江堤防是我國(guó)防洪工程的重要組成部分，長(zhǎng)江堤防張家港堤段長(zhǎng)達(dá)90多km，保護(hù)著張家港市90多萬(wàn)人口以及重要城鎮(zhèn)的防洪安全。1998年長(zhǎng)江洪水后，長(zhǎng)江堤防張家港堤段加強(qiáng)了江堤的達(dá)標(biāo)工程建設(shè)，加固后江堤安全得到一定保證，但由于堤防戰(zhàn)線長(zhǎng)，存在的安全隱患問(wèn)題難以在短時(shí)間內(nèi)消除，加之沿江堤段重要國(guó)民經(jīng)濟(jì)設(shè)施密度大，人口密集，以及長(zhǎng)江口地區(qū)高潮位有不斷提高的趨勢(shì)等特點(diǎn)，對(duì)堤防防洪安全要求越來(lái)越高。由于嚴(yán)重缺乏薄弱堤段安全探測(cè)及評(píng)價(jià)資料，使得抗洪搶險(xiǎn)決策往往處于被動(dòng)，常常導(dǎo)致險(xiǎn)情預(yù)警預(yù)報(bào)滯后，不能滿足堤防工程建設(shè)和管理的需求。

為優(yōu)化出適合長(zhǎng)江大堤張家港堤段的隱患探測(cè)技術(shù)，選取6個(gè)典型堤段開(kāi)展高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)法、彈性波反射法、瞬變電磁法和工程CT等隱患探測(cè)，優(yōu)選出適合該堤段的隱患探測(cè)方法。探測(cè)成果以朝東圩港堤段為例說(shuō)明。

一、探測(cè)方法簡(jiǎn)介

①高密度電法。直流電法的基本原理是，通過(guò)在地表布設(shè)供電電極和測(cè)量電極，根據(jù)在一定供電條件下，測(cè)量的地表電位值，從而確定地下測(cè)點(diǎn)位置的視電阻率值。視電阻率雖然不完全等同于真實(shí)電阻率，但是能夠反映地下真實(shí)電阻率的分布情況，從而判斷地下的隱患分布情況。

②地質(zhì)雷達(dá)。地質(zhì)雷達(dá)是利用電磁波在有耗介質(zhì)中的傳播特性，以寬頻帶短脈沖的形式向介質(zhì)內(nèi)發(fā)射高頻電磁波，當(dāng)其遇到不均勻體時(shí)會(huì)反射部分電磁波，其反射系數(shù)由介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)決定，通過(guò)對(duì)雷達(dá)主機(jī)所接收的反射信號(hào)進(jìn)行處理和圖像解譯，達(dá)到識(shí)別隱蔽目標(biāo)物的目的。

③彈性波反射。彈性波反射波法是利用人工激發(fā)的彈性波在巖土界面上產(chǎn)生反射的原理，對(duì)淺層具有波阻抗差異的地層或構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)的一種彈性波勘探方法。

④瞬變電磁法。探測(cè)采用WTEM-1Q瞬變電磁勘探系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由信號(hào)接收部分 (包括主機(jī)和接收線圈)和信號(hào)發(fā)射部分(包括發(fā)射機(jī)、供電機(jī)和發(fā)射電纜)兩部分組成，是一種人工源的電磁法探測(cè)設(shè)備。利用不接地電性源向地下發(fā)送一次脈沖電磁場(chǎng)（一次場(chǎng)），在其激發(fā)下，地下地質(zhì)體中激勵(lì)起的感應(yīng)渦流將產(chǎn)生隨時(shí)間變化的感應(yīng)電磁場(chǎng) （二次場(chǎng)），通過(guò)記錄地下渦流變化的情況來(lái)達(dá)到了解地下電阻率的目的。

⑤工程CT。工程CT是根據(jù)射線掃描，由于各種土層電性(電阻率ρ、介質(zhì)常數(shù)ε等)不同，對(duì)電磁波的吸收有一定的差異，通過(guò)對(duì)所得到的信息進(jìn)行反演計(jì)算，重建被測(cè)范圍內(nèi)巖體彈性波和電磁波參數(shù)分布規(guī)律的圖像，從而達(dá)到圈定地質(zhì)異常體的一種物探反演解釋方法。根據(jù)所使用的地球物理場(chǎng)的不同，層析成像又分為彈性波層析成像和電磁波層析成像。

二、隱患探測(cè)測(cè)線布設(shè)

朝東圩港堤段各探測(cè)方法的測(cè)線布置如下：高密度電法測(cè)線位于堤防背水堤肩，測(cè)線起點(diǎn)樁號(hào)280+42m，向下游方向完成4組測(cè)試，每組排列60個(gè)電極，電極距2m；地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線位于堤防中線，測(cè)線起點(diǎn)樁號(hào)280+416m，終點(diǎn)樁號(hào)279+816m；瞬變電磁法測(cè)線位于堤頂中線，測(cè)線起點(diǎn)樁號(hào)279+70m，測(cè)點(diǎn)43個(gè)，測(cè)線長(zhǎng)42m；彈性波法測(cè)線位于堤防背水堤肩，測(cè)線起點(diǎn)樁號(hào)280+390樁，終點(diǎn)樁號(hào)280+510m，測(cè)線長(zhǎng)120 m；彈性波CT方法利用位于堤防臨水、背水面的2個(gè)鉆孔進(jìn)行，孔距4.6m。

三、探測(cè)成果分析及方法優(yōu)選

5種方法的探測(cè)成果描述如下：

①由高密度電法探測(cè)成果可見(jiàn)，整體上電阻率分布為上高下低，水平方向較為規(guī)律。地表以下9.5 m，視電阻率取值介于13～79Ω·m之間，且呈層狀分布，基本上可分為3層，距起點(diǎn)越遠(yuǎn)分層所占厚度越小，總體上取值較為均勻，相對(duì)其他堤段視電阻率取值較小。地表以下3 m左右視電阻率變化梯度較大，起點(diǎn)距20～90 m地表附近存在多處高阻異常，起點(diǎn)距333m處存在低阻異常。該堤段地處入?？冢艹毕绊戄^大，歷史上曾多次出現(xiàn)險(xiǎn)情，堤段正處于淤沙施工階段，背河側(cè)水位相對(duì)較高，導(dǎo)致堤身含水率相對(duì)較高，為電阻率取值低的主要原因。

②由于工作現(xiàn)場(chǎng)正處于淤沙施工階段，現(xiàn)場(chǎng)有多條電纜橫跨和順堤防布設(shè)，給地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)工作造成很大的影響，從成果圖（略）上很難辨認(rèn)地層反射的同相軸，除干擾信號(hào)外，該堤段沒(méi)有特別明顯的反射信號(hào)。

③根據(jù)視電阻率取值，該堤段大致分為4個(gè)地層，第一層為0～1m，視電阻率較高；第二層為1～3 m，視電阻率較低；第三層為3～8 m，視電阻率較高；第四層為8m以下，視電阻率低。

④由地震映像探測(cè)成果可見(jiàn)，探測(cè)圖譜中記錄時(shí)間10 ms附近存在反射同相軸，按照1 000 m/s的波速，估計(jì)在深度5 m左右存在波阻抗界面，在起點(diǎn)距12 m、28 m、40 m和50 m附近存在反射能量較強(qiáng)的反射點(diǎn)，由于這幾點(diǎn)埋深較為一致，推測(cè)在此深度存在連續(xù)性不好的土層分界情況。

⑤由工程CT探測(cè)成果圖（略）可知，地表以下0～4.8 m范圍波速較低，取值在 800～1 000 m/s左右，5.6 m以下波速較高，基本在1 200 m/s以上。斷面沒(méi)有明顯的孤立波速偏低部位。

5種方法的優(yōu)選比較如下：

①通過(guò)隱患探測(cè)成果及其規(guī)律性分析，結(jié)合土工與監(jiān)測(cè)試驗(yàn)成果驗(yàn)證可見(jiàn)，高密度電法基本可以探明測(cè)區(qū)內(nèi)地層分布情況，且探測(cè)電阻率圖譜色彩鮮明，電阻率異常變化點(diǎn)反映突出，可以直觀地顯示于成果圖譜上，便于解讀與交流，現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)電阻率變化隨深度變化趨勢(shì)與室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)得電阻率和土工試驗(yàn)探測(cè)成果之間的相關(guān)關(guān)系有較好的一致性，因需電極布設(shè)，故探測(cè)深度受到限制。由探測(cè)結(jié)果可知，高密度電法在探明地下水埋深方面還不完善。就隱患探測(cè)而言，高密度電法適用于張家港長(zhǎng)江堤段的裂縫、空洞等隱患探測(cè)。

②地質(zhì)雷達(dá)法若降低屏蔽天線發(fā)射頻率，可以探測(cè)到較深的地層，但易受干擾，如現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜，有電纜、高壓線等，淺層探測(cè)適用性不強(qiáng)。

③瞬變電磁法在探明堤防工程淺部土層分布和地質(zhì)夾層上優(yōu)勢(shì)明顯，基本可以探明地下水埋深，若遇裂隙或空洞，視電阻率突變明顯，隱患位置鮮明，直觀易懂。若遇地下水，視電阻率減小較快，甚至為零，雖然測(cè)試視電阻率取值與實(shí)際有偏差，但基本可以確定地下水埋深，因瞬變電磁法探測(cè)深度是由公式計(jì)算而得，其值與發(fā)射線圈與接收線圈的大小均有關(guān)系，是一個(gè)近似值，與實(shí)際值有一定的差異。由此可見(jiàn)，瞬變電磁法適用于張家港長(zhǎng)江堤段淺層或地下水以上的裂縫、空洞等隱患探測(cè)及地下水埋深探測(cè)，但隱患和地下水埋深是一個(gè)近似深度。

④地震映像法在探測(cè)土層分布上適用性不高，但由探測(cè)成果與土工試驗(yàn)探測(cè)成果對(duì)比可知，地震映像法在探測(cè)淺層砂性土方面適用性強(qiáng)，且基本可以探明地下水水位，該法探測(cè)深度由波速轉(zhuǎn)化而來(lái)，波速取值一般較大，且不同介質(zhì)波的傳播速度不同，故無(wú)法明確探測(cè)深度，適用性不高。

⑤由工程CT探測(cè)成果可知，該斷面波速在地表以下4.8 m左右波速出現(xiàn)突變，推斷為土層分界面。由大堤堤身高度可知，此位置大約是堤身與堤基交界面，且4.8 m以上探測(cè)圖譜均勻，波速取值穩(wěn)定。由實(shí)際可知，大堤堤身材料相對(duì)較為均勻，地表以下6～7 m波速出現(xiàn)明顯變化，由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，該深度基本是地下水水位高程，可見(jiàn)工程CT探測(cè)法用于探明張家港長(zhǎng)江堤段的土層分布及地下水埋深適用性好。但該法每次只能探測(cè)一個(gè)斷面，且需打探測(cè)孔，耗時(shí)量大，經(jīng)費(fèi)高，不適合于大規(guī)模的隱患普查，但該法適用重點(diǎn)堤段的土層分布及隱患的精確探測(cè)。

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