堤防隐患探测实例分析(1)程力学毕业论文(4)

3成果综述

3.1险工段护砌质量探测

　　该堤防工程共划定险工段12处计23段，累计长度10.684km，占提防总长度的11.6%。为了解各险工段迎水坡旧浆砌石护险工程的护砌质量，采用天线的中心频率250mhz的地质雷达系统进行施测，以判定护砌质量的优劣。

　　险工段迎水坡多为浆砌石护险，个别段为砖砌护坡。由现场探测条件，选择迎水坡与河滩表面的交汇处，且位于浆砌石面上布置测线，沿堤防走向进行连续测试(相对于各险工段)。由处理后的地质雷达剖面图结合已知护险情况，通过综合分析，推定73处浆砌石存在不同程度的隐患，累计长度约1.633km，占全部险工段的15.3%。这些隐患的类型一般为：①浆砌石厚度较薄；②浆砌石与下部土体分离形成架空；③浆砌石胶结不良或松散；④浆砌石出现裂缝等。

　　护砌整体质量较差的堤段多为年久失修严重，浆砌石与下部堤身土体接触差，多形成架(悬)空状态，造成护砌断裂、塌陷等不良现象较普遍，且多具一定规模。而造成上述现象的原因，经分析认为浆砌石面存在许多缝隙，且砂浆质量差、少浆，下部又无防渗护层，堤身土体多由粉细砂组成，经降水入渗，粉细砂局部被冲刷淘失，在砌石与堤身土体之间形成空洞，并有继续扩大发展之趋势。

　　该物探成果经业主开挖验证(见图3)，基本符合客观实际，准确率达80%以上，取得了较好的应用效果。

　　根据护砌坡脚地质雷达测试结果，除对测试区段浆砌石质量评判外，还可划分护砌坡脚浆砌石以下新人工填土(较干燥粉细砂)、老人工填土(较潮湿粉细砂)以及堤基自然地层(潮湿粉细砂)等。这些地层在雷达剖面上的反映具有很大不同,其特征为：①新人工填土(较干燥粉细砂)：反射层位不连续，起伏变化较大，有时杂乱无章，反映该层填土不均匀，层位不稳定，时有透镜体展现。该层厚度大约2～4m；②老人工填土(较潮湿粉细砂)：反射层位连续且稳定，说明该层介质变化不大、填土较均匀，现已形成相对密实的地层。该层厚度大约0～3m；③自然地层(潮湿粉细砂)：即堤基持力层。反射明显，层位稳定，未见层内介质突变或不均匀现象，反映出自然地层沉积环境较好，密实度相对较大等。该层顶面埋深大约为4～5m(自护砌坡脚处的河滩面计算)。

3.2堤防隐患探测

　　为了解堤防工程存在的隐患或不良地质现象，沿堤顶迎水边布设测线，采用天线中心频率50mhz的地质雷达系统对全部堤防进行施测，并选择部分堤段与雷达技术平行地进行了高密度电法、电测深法、中间梯度剖面法等测试，同时在险工段还布置了横测线及堤顶背水边测线以供地质雷达测试。

　　堤身主要由粉细砂组成(中下游段)，个别区段(上游段)由砂卵砾石构成。依据上述物探方法的测试结果并结合堤防实际和已知情况，经综合对比、分析实测堤防介质的电磁、电性、弹性等特征，共划定出堤防内部呈现凹陷、夹层、不均质体(团块状岩性变化体、透镜体等)、介质松散等不良地质现象37段(处)，累计长度2.99km，约占堤防总长度的3.3%。

　　另外，通过对桩号55+717、55+750、55+762、55+775等4条横测线的地质雷达(250mhz的天线)连续测试(测试方向自堤顶迎水面至背水侧)，均发现向堤内迎水面倾斜的同相轴，且该同相轴在堤顶迎水面处较深，约3m左右，至堤顶背水侧逐渐变浅，一般到测试剖面长度的8～9m处尖灭。经开挖证实，此同相轴为原堤身土体与堆筑的前戗土体接触部位。此次探测成果未在该段(桩号55+468～55+888)堤顶裂缝处发现堤身滑坡土体的滑动形迹，请从地质理论方面解释并寻找堤顶裂缝的形成原因和发展趋势。

3.3堤身介质密实度评价

　　沿堤防分段布置地震测线，进行地震折射波测量，用以划分堤防介质层次，求取各层介质的纵波速度，并结合其它物探方法的探测成果确定相对松散介质或不均质体的情况等。同时，选择10处测段(左堤7处，右堤3处)又进行了现场密度试验，以准定量或半定量地评价堤身土体的相对密实度。

　　由测试结果知：所测堤防部位自堤顶以下可划分两个明显的速度层，其中第一层(即堤身)纵波速度多为200～310m/s(右堤测段1+495～1+550除外)，层厚多为11m左右，主要反映的是堤身较干燥的粉细砂，而右堤1+495～1+550测段的堤身介质为砂卵砾石，故纵波速度较高，其值为830m/s；第二层(即堤基)纵波速度由于受地下水及岩性变化的影响，其值离散较大，其中左堤7+045～7+100和15+230～15+285两测段的纵波速度分别为780m/s、1020m/s，此值反映的是相对干燥砂砾石的波速，而右堤1+495～1+550和12+345～12+455两测段的纵波速度为1750m/s、1700m/s，此值反映的是相对潮湿砂砾石的波速，其它测段的纵波速度为1320～1530m/s，其反映的是地下水位附近粉细砂的波速。

　　由此分析可以得出：测试部位堤顶以下深约10m以内的堤身土体纵波速度一般为300m/s左右，此值属于波速较低的粉砂质壤土或粉细砂，而其下覆的地层介质纵波速度则较高，一般为1500m/s左右。

　　此外，在上述地震测试位置有目的的选择10个测段进行现场密度实验，并取回土样在室内进行同密度的声波测试。表1列出了地震测试、土样声波测试及密度试验结果。

　　分析表1可知：室内声波波速测试值为260～480m/s；现场湿密度为1.41～2.03g/cm3；室内干密度为1.31～1.95g/cm3。而堤体粉细砂的声波速度一般较低，其值为260～370m/s，现场湿密度为1.41～1.61g/cm3，室内干密度为1.31～1.55g/cm3。堤身砂卵砾石的声波速度为480m/s，湿密度为2.03g/cm3，干密度为1.95g/cm3。由此得出：除由砂卵砾石组成的堤身介质声波速度和密度值(湿、干)较高外，由粉砂质壤土或粉细砂组成的堤身介质声波速度和密度值(湿、干)均较低，表明由此介质填筑的堤体密实度较差。

　　由表1还可看出：除砂卵砾石测段外其余堤段的地震波速度均小于室内声波波速，一般小于20～30%；现场湿密度则大于室内干密度，一般大于4～9%。

表1地震测试、土样声波测试及密度试验成果表

table 1the results of seismic surveying and acoustic testing and density testing in the varied dike sections

　　为更直观地表征湿密度与地震波速、干密度与声波波速之间的相关关系，根据表1绘制出两俩之间的散点图，如图4所示(右堤1+510处为砂卵砾石，地震波速830m/s，图中未划出)。说明它们之间具有一定的对应关系，但由于测试样本相对较少，不具备相关分析所要求的数量和等级类别。

4结语

　　永定河卢沟桥下游北京段堤防隐患探测工作，根据测区地质、地球物理条件，采用地质雷达、高密度电法、电测深法、中间梯度剖面法和地震折射波法等综合物探方法，并结合少量土工试验资料，提高了物探成果的可靠性和实用性，基本查清了堤防隐患的类型和分别特征，满足了任务要求，取得了良好的应用效果。

　　由此可见，在具备一定物性差异的前提下，适时选用物探方法进行堤防隐患探测是有效的。

　　但由于堤防隐患的类型复杂、种类繁多，诸如空洞、裂缝、软弱带、基础渗漏等；加之堤防工程多为逐年加高加固而成，其填筑材料和介质极不均匀，所以给物探查险带来了诸多困难，也对物探工作方法、仪器及资料解释等提出了特殊要求。因此，笔者建议有关部门加大堤防隐患探测技术及其设备的开发力度，组织有关厂家和科研、教学单位联合攻关，建立具有我国堤防探测特色的技术体系和仪器设备。仪器的开发与研制，应在当前物探仪器设备的基础上，加强以下方面的试验研究，①进一步提高堤防隐患探测仪器的分辨率；②探测仪器应具有快速、准确、使用方便、图像直观、轻便灵活等特点，便于汛期使用；③仪器设备工艺需进一步完善，提高其防潮、防水性能，以适应防汛易出现的恶劣环境的需要；④加强汛期管涌等险情探测专用仪器的开发研制，特别是堤防10～15m深度范围隐患的探测。

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