综合物探方法在海塘隐患探测中的应用

王晓萌

（上海新地海洋工程技术有限公司，上海200083）

1 引言

长期以来，受到自然条件以及人为因素的影响，海塘的防渗体系会出现裂缝、脱空等现象，这些现象会导致海塘不能安全有效地运行。如何快速无损有效探查出隐患，并对隐患进行加固除险，是堤防管理工作中的重要内容。

海塘的无损隐患探测可以采用高密度电法、自然电场法、探地雷达法、天然源面波法、瑞雷波法等技术。由于物探方法反演结果具有多解性，利用单一的物探方法难以解释海塘的隐患情况。结合现场实际情况，笔者对上海浦东新区某段海塘开展了探地雷达法、自然电场法和天然面波法的综合物探工作，并取得了良好的效果。

2 综合物探方法

2.1 探地雷达法

探地雷达是利用激发天线向目标体发射高频脉冲电磁波，电磁波在介质中传播，遇到界面后产生反射波，反射波会被接收天线接收。整个过程由探测仪器主机控制，接收天线接收到的时变信号也由主机记录。分析雷达记录中目标体及周边介质之间的反射特性差异，可以实现对目标体内部的缺陷进行探测[1,2]。

2.2 自然电场法

当海塘中存在隐患时，地下水会在地下空隙、裂隙中流动，并将带走双电层溶液一侧的部分阳离子。于是，在水流的上游会留下多余的负电荷，而下游有多余的正电荷，因而形成极化。通过电位观测仪探测得到测线上电位异常的分布规律，可以判断隐患在地下空间中的大致分布[3,4]。

2.3 天然面波法

地球表面存在一种微弱波动，如风、潮汐、气压、火山活动、人类行走、车辆移动等活动都会产生振动。天然面波法即利用上述活动产生的振动，提取微动信号中的瑞雷波信号，根据频率和振幅随时间和空间显著变化的特性，推断地下空间的速度结构，进而描述地下空间的介质分布[5,6]。

3 探测实例及分析

3.1 工程概况

上海浦东新区某海塘大堤采用水力机械分层吹填坝体的结构，并在6m、3m 高程处设置消浪平台。巡检发现主堤多处有明显沉陷，部分灌砌块石坡面有水流不间断渗出，说明堤身可能存在渗漏通道。为确保大堤安全，采用综合物探方法对该段大堤进行探测。

3.2 物探方法参数设置

本次探测任务的方法参数如下：自然电场法采用电位观测，点矩2m，电位总基点稳定且接地良好。天然面波采用三角形观测台阵，台阵大小为6m，单点测试时间15min，滚动向前观测。探地雷达采用100MHz 的天线，采样时窗300ns，采样点1 024，扫描速率 30 次/s。

3.3 物探成果分析解释

3.3.1 自然电场成果分析

由测线的自然电场电位剖面图（见图1）可知，在80m 处附近出现相对高电阻异常，推断为未充水的空洞或地层松散，与现场沉陷位置对应。

图1 自然电位法剖面图

3.3.2 地质雷达成果分析

由测线地质雷达剖面图（见图2）可知，测线24.0～30.0m处，埋深0.8m 位置探地雷达剖面图同相轴错断，呈“抛物线状”雷达反射异常，推断此处地下地层松散或欠密实，该位置与现场塌陷相对应。

图2 地质雷达剖面图

3.3.3 天然面波法成果分析

由天然面波法得到的剖面图（见图3）可知，浅部高速层（＞600m/s）为砌块石、抛石棱体反应；深部低速层（＜500m/s）为充填砂性土以及更下部的灰色砂质粉土层反应。桩号36～41m处，浅部波速相对较低，该处表层砌块石现场沉降明显，推测该处地层下方存在较大隐患。

图3 天然面波剖面图

3.3.4 综合成果分析

结合上述探测结果可以看出，自然电场法、地质雷达法、天然面波法都能反映海塘堤坝相应的地下地层结构，并且都能探测出现场存在的隐患。

4 结论

通过本文的分析，得到以下结论：

1）在海塘堤防隐患探测中，相比单一的物探方法，综合物探法可以相互印证，减小多解性的影响，更加准确地判断目标体的结构特征；

2）物探方法应该结合现场的巡视结果来判断异常是否合理；

3）可以现场钻孔取样验证综合物探的成果，以达到最大的探测精度。