渠堤內部隱患探測方法對比分析★

李延卓 李姝昱

(黃河水利委員會黃河水利科學研究院，河南 鄭州 450003)

1 概述

長期以來國內的大部分渠堤的隱患排查工作都是靠人工探視的方法，很容易出現漏查、漏報的情況。如何借助先進的科學探測技術，快速有效地探查到隱患部位，有的放矢地進行除險加固處理是一項十分重要的研究工作。在高寒區渠堤病險探測方面，其探測方法有多種，包括高密度電法、探地雷達法和聲學方法等。每種方法都有自身的優點和局限，發揮每種方法的優勢，從不同的角度，結合不同物理探測指標，綜合對渠堤內部隱患進行排查，盡可能準確的了解渠堤內部病險狀況，為開展渠堤除險加固提供技術支撐。本文以新疆高寒地區某干渠為例，通過幾種物探方法的綜合探測與比較，開展渠堤的內部隱患檢測與評價工作。

2 方法原理

2.1 高密度電法

設在水平地表通過兩供電電極A，B向地下供電，電流為I，均勻無限各向同性介質的地下半空間電阻率為ρ，通過求解給定邊界條件下簡單地電條件的位場分布，則地表任意兩測量電極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四個電極間的相鄰位置決定[1]。

2.2 探地雷達

通過發射天線將高頻脈沖電磁波定向送入地下，當遇存在電性差異的地下地層或目標體經反射后返回地表，由接收天線接收。由于地下介質的導電性、介電性存在差異，根據電磁波在傳播過程中會產生能量衰減、頻散、頻移等變化，接收天線接收到的電磁波信號包含了地下介質信息，對接收信號進行數據處理就可以得到地下介質分布情況[2](見圖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，多風少雨，土質為石質戈壁及沙漠，試驗檢測位于干渠樁號44+000～58+179段，該段渠堤工程概括如下：

渠道沿Ⅴ級平臺前緣通過，地形傾北西，坡度10°～12°，斜坡上地形起伏較大，樁號45+800,46+300,48+700,49+700,52+045,55+300,56+600發育7條較大的沖溝，沖溝切割深5 m～10 m，寬100 m～500 m，施工時52+045,55+300已設排洪涵洞，其他段設防洪堤、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φ=30°～33°，C=35 kPa，壓縮系數0.085 MPa，壓縮模量15.5 MPa，屬低壓縮性巖土、泥巖，無荷載膨脹量15%～18%，自由膨脹率76.3%～95%，膨脹力0.1 MPa～0.15 MPa，屬強膨脹巖。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16 m，填方高一般2 m～4 m，較大的沖溝填方高達8 m。填方料采用附近的含礫粗砂巖，天然含水量5%～9%，經分層灑水碾壓干密度1.7 g/cm3～1.9 g/cm3，平均1.78 g/cm3。

4 測線布置

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

表1 測線布置統計表

5 探測成果

5.1 高密度電法

本次檢測工作采用美國AGI公司生產的高密度電法儀(型號R8/IP)，電極間距1 m，測線總長39 m。經后處理軟件反演后，得到如圖2所示的成果圖，未發現較大范圍低阻異常。

5.2 探地雷達法

本次檢測工作采用GSSI公司生產的TerraSIRch SIR 3000型地質雷達，測線總長40 m，探測結果見圖3。經探測，樁號49+375～49+381、深度10 m～12 m范圍，電磁波有強反射和同相軸錯亂，判斷為不密實區域。其他區域電磁波速均勻，無異常。

5.3 瑞雷面波法

本次檢測采用重慶奔騰數控技術研究所研制的WZG-24工程地震儀，采用錘擊震源激發方式，檢波器間距3 m，測點間距3 m。探測成果見圖4，在渠堤深6 m范圍內，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較高(大于230 m/s)，說明渠堤頂部土體壓實度較高。橫向分析，該段渠堤各測點面波速度均在200 m/s～260 m/s范圍內，說明沿橫向上土體較為均勻。

6 結語

通過以上幾種方法的對比聯合探測可以看出，每種方法的探測效果是不同的，只利用某種探測手段往往達不到理想的效果。本次高密度電法勘探對地下目標體的反應并不敏感，加之后處理的影響，沒有達到反映地下不良地質體的目的；探地雷達法探測速度快，后處理方便快捷，能夠比較真實的反映地下地質體的基本情況，并且探測深度較深，是一種比較可靠有效的探測方法；瑞雷面波法由于受到激發能量的限制，對于淺部地層的探測比較有效，對深部土體的探測受到一定的約束，且探測的速度較慢。

每種方法都會受到不同因素的影響，造成檢測結果存在不同程度的誤差，在實際工程中還要結合相關的資料和采用其他方法對檢測結果進行驗證。