董延朋，劉力真，顧紅鷹

（山東省水利科學(xué)研究院，山東濟南250014）

0 引言

我國是一個洪澇災(zāi)害十分嚴(yán)重的國家，水庫大壩、河道堤防等水利基礎(chǔ)設(shè)施眾多。在經(jīng)歷了若干年的運行使用后，堤防裂縫、缺土等表觀問題不斷暴露，在洪水季節(jié)容易出現(xiàn)堤防滲漏、管涌、塌陷，甚至決口等安全隱患，直接威脅著人民的生命和財產(chǎn)安全。因此，堤防隱患探測工作勢在必行。

1 省內(nèi)河道堤防的特點及隱患探測技術(shù)現(xiàn)狀

山東省現(xiàn)有的河道堤防存在以下三個特點：一是堤基條件差。堤防傍河而建，堤線選擇受到河勢條件制約，堤防地基大多為砂層，而且絕大部分堤防未作基礎(chǔ)處理，特別是有的堤防建在古河道或歷史上決口后堵的老口門上，堤基松軟，容易出大險。二是堤身填土質(zhì)量差。不少堤防是在原民堤的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷年逐漸加高培厚而成，往往質(zhì)量不佳。有的因局部夯實不均勻、新舊堤接合不密實、或因土料干縮、濕陷、不均勻沉陷而產(chǎn)生裂縫、暗隙；有的因獾、鼠、蛇等動物掏蝕形成洞穴，或填埋在堤防內(nèi)部的樹根、樁木腐爛形成洞隙，以及修堤時沒有清理的暗管、廢井等殘留物?？偨Y(jié)堤身隱患可粗略劃分為四種類型:Ⅰ類，不均質(zhì)體、透鏡體、夾層、洞穴；Ⅱ類，松散、相對松散、軟弱層、土質(zhì)不均；Ⅲ類，坍陷、凹陷、沉陷；Ⅳ類,裂縫。三是堤后坑塘多，由于在堤后取土筑堤，使堤后坑塘密布，覆蓋層薄弱。由于上述隱患的存在，當(dāng)遭遇洪水時堤防經(jīng)常發(fā)生滲漏、管涌、滑坡、崩塌等險情，嚴(yán)重者導(dǎo)致堤防潰決。

我國傳統(tǒng)的堤防隱患探測方法主要是人工錐探和機械鉆探等，此類方法雖然具有直觀的優(yōu)點，但費時、功效低，且局限在探測的點上，難以全面評價堤防質(zhì)量，而且效果也較差。由于這種方法對堤防本身有一定的損害，較多地用在非汛期，一般堤防擋水后就很少使用。目前在汛期采用較多的是人工巡堤查險，通過巡堤查險人員眼看、耳聽、手腳探摸等手段發(fā)現(xiàn)堤防的險情。1998年長江大洪水期間，就發(fā)動群眾采用了“徒步拉網(wǎng)式”晝夜不間斷的巡堤查險。由于人工查險效率低，并且只有當(dāng)險情發(fā)展到一定程度時才能被發(fā)現(xiàn)，往往會措手不及，使搶險局面十分被動。為了徹底改變這種被動局面，避免盲目性，研究、采用先進的科學(xué)手段對堤防隱患進行探測十分重要。

2 堤防隱患探測技術(shù)及工作方法

20世紀(jì)80年代初，國內(nèi)一些水利單位開始采用物探方法開展堤防隱患探測的研究，如高密度電法、彈性波法、瞬變電磁波、地質(zhì)雷達等方法，分別基于堤防土體與隱患之間電性、彈性、電磁性等的差異來探測隱患與評價堤防的質(zhì)量。1998年大水后，如何利用先進的科學(xué)手段探測堤防隱患引起了各界的普遍關(guān)注，國家防總辦公室也積極將物探技術(shù)應(yīng)用到堤防的查險上，1999年先后在湖南益陽（南方）和北京大興（北方）建立了堤防隱患探測儀器試驗場，并在湖南益陽舉行了全國范圍的探測儀器測試。通過這次活動，基本掌握了我國物探技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和水平，積累了各類儀器測試的第一手資料，為確立今后的發(fā)展目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。同時也使有關(guān)科研單位、儀器生產(chǎn)廠家更加了解堤防查險對儀器性能的需求，推動了查險技術(shù)的發(fā)展。

用于堤壩隱患探測的物探工作原理等同于其在找礦勘探、地質(zhì)普查和一般工程勘查領(lǐng)域中的應(yīng)用。各類堤防隱患與正常堤身、堤基介質(zhì)具有一定的電磁、電性、彈性等差異，具備應(yīng)用各種物探方法的物理前提。目前物探方法很多，但能用于堤防隱患探測方面的主要可歸納為以下四類。

2.1 探地雷達法

探地雷達法是利用超高頻脈沖電磁波探測地下介質(zhì)分布的一種地球物理勘探方法?？筛鶕?jù)地質(zhì)雷達圖像的動力學(xué)特征，對堤防土體給以定性的異常劃分并推斷其地質(zhì)成因。該方法在探測埋深小于10 m的堤身隱患時，效果較好，圖像反映比較直觀，但對深部隱患反映不明顯。目前探地雷達受兩方面的影響：一是堤防土體的含水性，二是探測深度與分辨率的矛盾。

2.2 高密度電阻率法

電阻率法是集電剖面和電測深為一體，采用高密度布點，進行二維地電斷面測量的一種電阻率法勘查技術(shù)，以研究地下介質(zhì)體的電阻率差異為基礎(chǔ)的物探方法，較適用于探測堤身的裂縫、洞穴、土質(zhì)不均等異常。高密度電阻率法是一種價格較低、使用較多的堤壩隱患探測方法。探測時，為了獲得足夠多的有關(guān)堤壩結(jié)構(gòu)和隱患信息，布置了大量電極，通過人工或儀器控制不斷改變供電和測量電極，以獲得不同極距（深度）和不同水平位置的電阻率數(shù)據(jù)。

2.3 面波法

面波法利用沖擊震源激發(fā)地震波，多通道采集地震記錄，通過面波分析軟件提取面波頻散特性，分析地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和物性。

該法探測時，當(dāng)介質(zhì)層呈現(xiàn)層狀具有波速差異時，其效果反映明顯，因此可利用頻散曲線探測堤段土體不均勻的問題。在開展洞穴及裂縫等隱患探測時，要加強對頻散曲線特征正演分析與反演解釋的研究。

2.4 瞬變電磁法

電磁法的基本原理是基于電磁感應(yīng)原理，其以土體的電性及磁性差異為基礎(chǔ)，通過研究斷電后的二次電磁場隨時間的變化，研究電磁場的空間和時間分布特征，達到解決地質(zhì)問題的目的。該方法用于堤防隱患探測時，對淺部不均勻體的異常物性反映不夠明顯，但對深部地層劃分具有一定的效果。

對堤防工程進行地球物理探測可以獲取其原始狀態(tài)下的大量物性信息，再配合一定的鉆探、土工試驗和土樣聲波測試就能全面獲取堤防土體的物理力學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量指標(biāo)，進而對堤防質(zhì)量實施評價，為設(shè)計、施工提供必要的基礎(chǔ)資料。

3 建議

在我國水庫和堤防建設(shè)前期工作中，地質(zhì)勘探已經(jīng)較廣泛地使用了鉆探和物探技術(shù)。近年來，一些科研單位和工程管理單位在該領(lǐng)域開展了一些研究和試驗，取得了一些成果。進入21世紀(jì)，我國防汛搶險的技術(shù)水平要提高，而堤防隱患探測技術(shù)的提高又是當(dāng)前最緊迫的工作。對于下一步工作，提出以下建議。

（1）堤防質(zhì)量探測必須提出一條明確的技術(shù)路線，堤防隱患類型復(fù)雜，僅依靠物探方法是不全面的，必須采用以地質(zhì)為龍頭的綜合手段，即通過地面地質(zhì)調(diào)查、鉆探、土工試驗、綜合物探，充分地將點、面資料結(jié)合分析，以查明堤身、堤基土體的物理特征，為堤防加固設(shè)計、施工提供必要的基礎(chǔ)資料。

（2）利用物探方法探測堤防質(zhì)量主要是對堤身（包括迎水坡護砌質(zhì)量）、堤基以及攔（泄）洪閘閘基混凝土質(zhì)量進行評價。具體任務(wù)是：①探測存在于堤身、堤基的裂縫、洞穴、決口口門以及松散、軟弱堤段等不良地質(zhì)體的空間分布情況；②評價堤身土體質(zhì)量、密實度；③探測堤身護坡、閘室護坡護砌結(jié)構(gòu)和護砌質(zhì)量；④探測閘室底板混凝土質(zhì)量及其與基礎(chǔ)的結(jié)合狀況。

（3）針對探測任務(wù)，采用綜合物探方法的技術(shù)路線：①用探地雷達普查堤身、堤基，發(fā)現(xiàn)異常用高密度電法或地震波法佐證。②采用探地雷達法和聲波測試法評價堤身護坡漿砌石質(zhì)量、閘基混凝土質(zhì)量。③用瑞雷波法或地震折射波法以及土樣聲波測試成果與土工試驗成果的對比分析，綜合評價堤身土體質(zhì)量。

4 結(jié)語

（1）對堤防質(zhì)量的隱患探測，采用不宜少于兩種以上的物探方法，不同物探方法的互相補充、驗證可以提高成果的解釋精度。如：根據(jù)視電阻率的高值異常和探地雷達圖像的低振幅、低頻、圖像雜亂、同相軸可追蹤性差等特征，輔以低波速，即可較準(zhǔn)確地判斷出水位以上的土體松散或土質(zhì)不均等；同樣對于低速、高阻異常，當(dāng)探地雷達圖像同相軸呈現(xiàn)錯動時，則可確定隱患類型為裂縫；結(jié)合雷達圖像同相軸的起伏和視電阻率團塊狀異常即可判斷存在不均質(zhì)體類或沉陷類隱患等。

（2）深化物探資料的綜合分析，綜合物探絕不是幾種方法的簡單羅列，應(yīng)深化物探資料的分析和地質(zhì)解析，尤其是資料的綜合分析是提高物探成果應(yīng)用價值的關(guān)鍵。如根據(jù)探地雷達圖像的動力學(xué)特征即以探地雷達圖像同相軸的可連續(xù)追蹤性、振幅強弱的可比性、同相軸的起伏、錯斷以及是否有散射造成的圖像雜亂無序現(xiàn)象等，可對堤身土體予以定性的異常劃分并推斷其地質(zhì)成因；依據(jù)高密度電法斷面（灰度）圖，劃分堤身、堤基介質(zhì)的視電阻率值及不同視電阻率介質(zhì)層的分布變化形態(tài)，進而判識是否有洞穴或裂縫等隱患存在?！?/p>

[1]董延朋，鄭燦堂.堤壩隱患探測中的物探方法綜述[J].工程物探,2005(3).

[2]蔡新.水利工程安全隱患與病害特點[M].工程安全與檢測評估技術(shù).南京水利科學(xué)研究院,2004.

[3]中華人民共和國水利部.SL326－2005,水利水電工程物探規(guī)程[S].

[4]董延朋,萬海.高密度電阻率法在堤壩洞穴探測中的應(yīng)用[J].大壩與安全,2006(2).

[5]董延朋,萬海.瞬變電磁法在地下隱蔽工程質(zhì)量檢測中的應(yīng)用[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2006(1).