堤防隐患探测技术探讨

董延朋，刘力真，顾红鹰

（山东省水利科学研究院，山东济南250014）

0 引言

我国是一个洪涝灾害十分严重的国家，水库大坝、河道堤防等水利基础设施众多。在经历了若干年的运行使用后，堤防裂缝、缺土等表观问题不断暴露，在洪水季节容易出现堤防渗漏、管涌、塌陷，甚至决口等安全隐患，直接威胁着人民的生命和财产安全。因此，堤防隐患探测工作势在必行。

1 省内河道堤防的特点及隐患探测技术现状

山东省现有的河道堤防存在以下三个特点：一是堤基条件差。堤防傍河而建，堤线选择受到河势条件制约，堤防地基大多为砂层，而且绝大部分堤防未作基础处理，特别是有的堤防建在古河道或历史上决口后堵的老口门上，堤基松软，容易出大险。二是堤身填土质量差。不少堤防是在原民堤的基础上，经历年逐渐加高培厚而成，往往质量不佳。有的因局部夯实不均匀、新旧堤接合不密实、或因土料干缩、湿陷、不均匀沉陷而产生裂缝、暗隙；有的因獾、鼠、蛇等动物掏蚀形成洞穴，或填埋在堤防内部的树根、桩木腐烂形成洞隙，以及修堤时没有清理的暗管、废井等残留物。总结堤身隐患可粗略划分为四种类型:Ⅰ类，不均质体、透镜体、夹层、洞穴；Ⅱ类，松散、相对松散、软弱层、土质不均；Ⅲ类，坍陷、凹陷、沉陷；Ⅳ类,裂缝。三是堤后坑塘多，由于在堤后取土筑堤，使堤后坑塘密布，覆盖层薄弱。由于上述隐患的存在，当遭遇洪水时堤防经常发生渗漏、管涌、滑坡、崩塌等险情，严重者导致堤防溃决。

我国传统的堤防隐患探测方法主要是人工锥探和机械钻探等，此类方法虽然具有直观的优点，但费时、功效低，且局限在探测的点上，难以全面评价堤防质量，而且效果也较差。由于这种方法对堤防本身有一定的损害，较多地用在非汛期，一般堤防挡水后就很少使用。目前在汛期采用较多的是人工巡堤查险，通过巡堤查险人员眼看、耳听、手脚探摸等手段发现堤防的险情。1998年长江大洪水期间，就发动群众采用了“徒步拉网式”昼夜不间断的巡堤查险。由于人工查险效率低，并且只有当险情发展到一定程度时才能被发现，往往会措手不及，使抢险局面十分被动。为了彻底改变这种被动局面，避免盲目性，研究、采用先进的科学手段对堤防隐患进行探测十分重要。

2 堤防隐患探测技术及工作方法

20世纪80年代初，国内一些水利单位开始采用物探方法开展堤防隐患探测的研究，如高密度电法、弹性波法、瞬变电磁波、地质雷达等方法，分别基于堤防土体与隐患之间电性、弹性、电磁性等的差异来探测隐患与评价堤防的质量。1998年大水后，如何利用先进的科学手段探测堤防隐患引起了各界的普遍关注，国家防总办公室也积极将物探技术应用到堤防的查险上，1999年先后在湖南益阳（南方）和北京大兴（北方）建立了堤防隐患探测仪器试验场，并在湖南益阳举行了全国范围的探测仪器测试。通过这次活动，基本掌握了我国物探技术发展的现状和水平，积累了各类仪器测试的第一手资料，为确立今后的发展目标奠定了基础。同时也使有关科研单位、仪器生产厂家更加了解堤防查险对仪器性能的需求，推动了查险技术的发展。

用于堤坝隐患探测的物探工作原理等同于其在找矿勘探、地质普查和一般工程勘查领域中的应用。各类堤防隐患与正常堤身、堤基介质具有一定的电磁、电性、弹性等差异，具备应用各种物探方法的物理前提。目前物探方法很多，但能用于堤防隐患探测方面的主要可归纳为以下四类。

2.1 探地雷达法

探地雷达法是利用超高频脉冲电磁波探测地下介质分布的一种地球物理勘探方法。可根据地质雷达图像的动力学特征，对堤防土体给以定性的异常划分并推断其地质成因。该方法在探测埋深小于10 m的堤身隐患时，效果较好，图像反映比较直观，但对深部隐患反映不明显。目前探地雷达受两方面的影响：一是堤防土体的含水性，二是探测深度与分辨率的矛盾。

2.2 高密度电阻率法

电阻率法是集电剖面和电测深为一体，采用高密度布点，进行二维地电断面测量的一种电阻率法勘查技术，以研究地下介质体的电阻率差异为基础的物探方法，较适用于探测堤身的裂缝、洞穴、土质不均等异常。高密度电阻率法是一种价格较低、使用较多的堤坝隐患探测方法。探测时，为了获得足够多的有关堤坝结构和隐患信息，布置了大量电极，通过人工或仪器控制不断改变供电和测量电极，以获得不同极距（深度）和不同水平位置的电阻率数据。

2.3 面波法

面波法利用冲击震源激发地震波，多通道采集地震记录，通过面波分析软件提取面波频散特性，分析地下介质的结构和物性。

该法探测时，当介质层呈现层状具有波速差异时，其效果反映明显，因此可利用频散曲线探测堤段土体不均匀的问题。在开展洞穴及裂缝等隐患探测时，要加强对频散曲线特征正演分析与反演解释的研究。

2.4 瞬变电磁法

电磁法的基本原理是基于电磁感应原理，其以土体的电性及磁性差异为基础，通过研究断电后的二次电磁场随时间的变化，研究电磁场的空间和时间分布特征，达到解决地质问题的目的。该方法用于堤防隐患探测时，对浅部不均匀体的异常物性反映不够明显，但对深部地层划分具有一定的效果。

对堤防工程进行地球物理探测可以获取其原始状态下的大量物性信息，再配合一定的钻探、土工试验和土样声波测试就能全面获取堤防土体的物理力学性质和质量指标，进而对堤防质量实施评价，为设计、施工提供必要的基础资料。

3 建议

在我国水库和堤防建设前期工作中，地质勘探已经较广泛地使用了钻探和物探技术。近年来，一些科研单位和工程管理单位在该领域开展了一些研究和试验，取得了一些成果。进入21世纪，我国防汛抢险的技术水平要提高，而堤防隐患探测技术的提高又是当前最紧迫的工作。对于下一步工作，提出以下建议。

（1）堤防质量探测必须提出一条明确的技术路线，堤防隐患类型复杂，仅依靠物探方法是不全面的，必须采用以地质为龙头的综合手段，即通过地面地质调查、钻探、土工试验、综合物探，充分地将点、面资料结合分析，以查明堤身、堤基土体的物理特征，为堤防加固设计、施工提供必要的基础资料。

（2）利用物探方法探测堤防质量主要是对堤身（包括迎水坡护砌质量）、堤基以及拦（泄）洪闸闸基混凝土质量进行评价。具体任务是：①探测存在于堤身、堤基的裂缝、洞穴、决口口门以及松散、软弱堤段等不良地质体的空间分布情况；②评价堤身土体质量、密实度；③探测堤身护坡、闸室护坡护砌结构和护砌质量；④探测闸室底板混凝土质量及其与基础的结合状况。

（3）针对探测任务，采用综合物探方法的技术路线：①用探地雷达普查堤身、堤基，发现异常用高密度电法或地震波法佐证。②采用探地雷达法和声波测试法评价堤身护坡浆砌石质量、闸基混凝土质量。③用瑞雷波法或地震折射波法以及土样声波测试成果与土工试验成果的对比分析，综合评价堤身土体质量。

4 结语

（1）对堤防质量的隐患探测，采用不宜少于两种以上的物探方法，不同物探方法的互相补充、验证可以提高成果的解释精度。如：根据视电阻率的高值异常和探地雷达图像的低振幅、低频、图像杂乱、同相轴可追踪性差等特征，辅以低波速，即可较准确地判断出水位以上的土体松散或土质不均等；同样对于低速、高阻异常，当探地雷达图像同相轴呈现错动时，则可确定隐患类型为裂缝；结合雷达图像同相轴的起伏和视电阻率团块状异常即可判断存在不均质体类或沉陷类隐患等。

（2）深化物探资料的综合分析，综合物探绝不是几种方法的简单罗列，应深化物探资料的分析和地质解析，尤其是资料的综合分析是提高物探成果应用价值的关键。如根据探地雷达图像的动力学特征即以探地雷达图像同相轴的可连续追踪性、振幅强弱的可比性、同相轴的起伏、错断以及是否有散射造成的图像杂乱无序现象等，可对堤身土体予以定性的异常划分并推断其地质成因；依据高密度电法断面（灰度）图，划分堤身、堤基介质的视电阻率值及不同视电阻率介质层的分布变化形态，进而判识是否有洞穴或裂缝等隐患存在。■

[1]董延朋，郑灿堂.堤坝隐患探测中的物探方法综述[J].工程物探,2005(3).

[2]蔡新.水利工程安全隐患与病害特点[M].工程安全与检测评估技术.南京水利科学研究院,2004.

[3]中华人民共和国水利部.SL326－2005,水利水电工程物探规程[S].

[4]董延朋,万海.高密度电阻率法在堤坝洞穴探测中的应用[J].大坝与安全,2006(2).

[5]董延朋,万海.瞬变电磁法在地下隐蔽工程质量检测中的应用[J].水利技术监督,2006(1).