渭河下游堤防隐患探测实践与探索

2017-04-07石长伟梁林江赵敏歌

陕西水利 2017年6期

张英，石长伟，梁林江，赵敏歌

（⒈陕西水利水电工程集团有限公司，陕西西安 710086；⒉陕西省河流工程技术研究中心，陕西西安 710018；⒊陕西省江河水库管理局，陕西西安 710018）

1 堤防隐患物探发展历程

由于我国建国以来直至本世纪初，国民经济处于较低发展水平的国情，造成我国绝大多数堤防均不是一次规划、分步实施按标准建成的，而多数是不同时期按不同标准、采用投劳、以工代赈等多种组织方式逐段修建衔接而成的；之后，又经历多次年加高培厚而成。受当时国情与技术水平以及各种主、客观条件的限制,堤防工程或多或少存在不同程度的隐患。上世纪末以来，随着经济的发展，各地安全要求进一步提高，需要逐步对堤防存在的隐患进行处理加固。

各级政府对堤防工程隐患的重视,堤防隐患探测持续不断得到提高。水利部黄委院有关科技人员承担的“八五”国家科技攻关项目于1996年通过鉴定，该项技术1997年8月被国家科委列入《“九五”国家科技成果重点推广项目》,世纪初该院有关科技人员先后在山东、河南等地探测堤防达数百公里,收到了较好的效果。98年大水后,水利部适时启动了“988”防洪减灾科技计划,支持“堤防隐患及险情探测仪器开发”项目；1999年初,根据国家防总办公室的部署,在湖南省益阳市永申垸废堤段进行了堤防隐患探测及试验；这些措施与活动对堤防隐患探测的研究起到了较大的推动作用。

2 堤防隐患物探适用性分析

2.1 物探各主要方法的优缺点分析

目前物探方法很多，但能用于堤防隐患探测方面的主要为以下4种，各种方法优缺点分析如下：

高密度电法：该主法是一种新型的、较为先进的物探手段。具有成本低廉、效率高、检测连续，直观、适使用和交流等诸多优点，符合堤坝隐患探测要求无创伤、速度较快、资料可靠的实际。

面波勘探：该方法资料解释成果与野外实际工作经验关系密切,如何获得良好的面波记录是该方法的关键。隐患探测到洞穴时,频散曲线特征正演与反演分析、解释是研究重点；另外，需进一步加强对新震源的研究和野外观测方法的改进。

地质雷达：该方法在堤防“隐患”较浅时(小于10m)效果较好,图件反映比较直观；具有现场工作简单、速度快、效率高等优点；不足之处是地质雷达数据处理与异常判别解释技术仍需提高。

瞬变电磁法：属于时间域电磁感应法,具有探测深度大、速度快,不受地形和接地电阻的影响等优点，对于深部地层划分具有一定效果；不足方面是测量速度较慢,有待进一步改进[1]。

2.2 适用性

堤防是“长时期多次人工修筑、构成复杂”的防洪工程，对防护区安全十分重要，其地质、地球物理特性具有一定的特殊性。物探是个间接勘察手段，需采用综合方法，“具体隐患具体分析”，才会取得较为满意的效果。各地堤防隐患探测实践表明：在具备一定物性差异的前提下，适时先用物探的方法进行堤防隐患探测是有效的[2]。

3 渭河下游堤防隐患探测实践

3.1 渭河下游堤防基本情况

渭河下游堤防，粘土一般呈灰黄色、稍湿、中密—密实，含水量4%~13%左右，有时含粘性土团块，形成团块状结构，往往沿团块周围有微小裂隙，具人工混合土的特征；粉质粘土为褐黄色，稍湿，可塑，由于其吸水性较强，一般较相同部位的粉土含水量要大，呈层状薄层状分布于大堤填土之中；粉砂为灰黄色，稍湿，稍密，分选、磨园较好，常含少量泥质成份，层状、透境状分布，由于渗透性好，较为干燥；含砾中粗砂与中细砂局部分布，反映出修堤时就地取材的特征。

3.2 工作缘由与探测范围

为摸清渭河下游堤防隐患的类型及分布，有目的的开展除险加固工作，经黄河务[2001]8号文批复，2001年，陕西省三门峡库区勘管理局组织开展堤防隐患检测工作，检测范围为：渭河渭南以下干流堤防西起渭南市临渭区，东止华县方山河（南岸）、大荔县拜家（北岸）一带，总长113.52 km。

3.3 探测工作、成果及其评价

经对比分析研究，渭河下游隐患探测选用高密度电法。为验证探测成果的准确性，进行了验证勘察。验证勘察共布置钻孔19眼，12m/眼，总钻深 228m；探井 13 眼，7m/眼，总深 94.3m；土工试验测试含水量161个、干密度161个。

压实度评价中华县段堤防平均压实度为0.94、临渭区南岸堤防平均压实度为0.83，大荔段平均压实度为0.90，临渭区北岸平均压实度为0.82。由压实度不够形成的隐患类型有以下几种：（1）松散夹层，（2）层状虚实相间，（3）整体松散，三者既独立又有联系。另外，还存在砂夹层、砂土堤段隐患，动物洞穴、腐烂植物根系隐患，裂缝、粘性土团块隐患，砂土堤基隐患，采砂形成的险情。

经与勘测验证对比分析认为：（1）高密度电法可以较为准确地确定松散夹层，但不足之处是不能准确区分由于低含水量而引起的异常，未能准确解释整体松散而产生的高背景值异常，以及层状虚实相间类隐患中的薄层（厚10~20 cm左右）松散层。（2）对粉砂夹层的位置确定是准确的，但在深度上存在较大差异，另外对整体砂土段堤身土未做出解释。（3）对孔洞类隐患的确定有一定的局限性。（4）对垂直坝体的裂缝，应在普查的基础上，进行详查，详细界定其分布范围及走向等，以确定是否临背贯通，这是最危险的隐患。可见，高密度电法可以较为准确地确定松散夹层，对粉砂夹层的位置确定是准确的，但在深度上存在差异；因此，高密度电法是一种在渭河下游堤防实用有效的隐患探测方法。

4 堤防隐患探测存在问题与技术展望

4.1 存在问题

堤防隐患探测是一门边缘性交叉学科，具有较强的综合性，堤防隐患物探测试需要工作者本身具有地质知识、堤防结构知识、实践经验等方面较高的综合素质：只知仪器不懂地质不行，只有点滴成果没有大量的实践经验也不行。因此，堤防隐患物探应采用综合的物探方法,有的放矢，“具体隐患具体分析”才会取较好的效果。

由于当前各种探测技术与堤防隐患探测“操作简便、工作快速、结果准确”等3个方面的要求还有一定差距；要实现简便、快速、准确地获得堤防隐患探测成果,需要针对堤防不同隐患的各自特点，相关学科的科技人员加强合作研究，在现有技术实践的基础上不断开拓创新、取得技术突破。

4.2 技术展望

堤防是保障防护区安全的重要防洪工程；各类堤防隐患与正常堤防（堤基）介质之间、各类岩土介质之间，具有一定的电磁、电性和弹性差异,具备利用综合物探方法提高勘察效果的物理前提；堤防隐患探测，为堤防除险加固提供了基础与依据，更具针对性，能够减少人员投入、减轻劳动强度、提高工作效率。

电法探测堤防隐患具有不破坏堤防结构探查的突出优点，具有经济、快速、实用、成本低的特点，与传统探测方法相比，具有明显的经济效益。目前，堤防隐患探测方法主要是利用电法探测，这种图像反映解释比较容易，可用于快速普查，确定隐患位置和埋深，达到快速探测隐患的目的[3]；实践证明，该工作模式适合土质堤坝的隐患探测，有广阔的应用前景。