地质雷达在启东江海产业园海堤隐患探测中的应用

贾 军 崔 培 王桂生

（中水淮河规划设计研究有限公司 合肥 230601）

1 引言

地质雷达（GroundPenetratingRadar，GPR）是通过向所探测地面下方发射高频电磁波束、并接受来自地下介质界面的反射波来探测地下介质分布的地质探测技术。由于具有抗干扰性强、探测范围广、分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、图像实时显示等优点，已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、隧道施工超前预报、堤坝隐患探测等众多领域。

海堤工程一般修建在潮间带滩涂上，堤身普遍碾压不实，土质不均，运行期又饱受海潮侵蚀和风浪冲击，导致海堤建成后，相当长时间内仍有沉降、淘蚀发生，且多数海堤遭遇风暴潮后往往进行临时抢险抢修，导致现状海堤多是在早期几经修复的堤身上。根据海塘工程所处环境及其自身特点，堤身内部往往存在不均匀的异常层以及局部不均匀处（包括早期施工和抢险加固留下的薄弱环节，如树枝、草包、棉絮、乱石堆等不利于海塘安全的物质），并可能发展成为渗漏通道，甚至产生滑塌毁损等现象。查明和圈定影响堤身稳定的异常物质层及局部异常物质分布区，是海堤除险加固的重要内容之一。

本文结合启东市江海产业园海堤加固工程，介绍地质雷达探测技术在该海堤K9+665～K11+655 段隐患摸排中的应用，并根据探测到的海堤内部土体结构现状及隐患分布情况，为海堤维修加固提供科学依据。

2 测区概况与地球物理特征

2.1 测区海堤工程概况

研究段海堤防洪标准为100年一遇黄海高潮位加百年一遇风浪，海堤级别为1 级，堤身结构采用复式断面混合堤。现状坡面多为灌砌石护坡，堤脚设抛石镇压层，由于该段海堤建成时间较长且凸向开敞式外海，海潮侵蚀及风浪冲击作用强，沿线多处存在堤脚淘空、护坡塌陷、坡面及挡浪墙局部破坏失稳等病害。

海堤加固设计仍采用复式断面混合堤，堤身采用充填袋装砂加高培厚。堤顶高程7.4m，宽8.5m，外海侧设反弧形防浪墙，墙顶高程8.5m。内坡坡比1∶3，外海侧设两级坡，一级坡（上坡）坡比1∶3，二级坡（下坡）坡比随现状，两级坡面之间设消浪平台，平台高程4.3～4.2m，宽5.0m。一级坡防浪墙至6.57m 高程坡面采用35cm 厚灌砌石护坡，其余迎水坡坡面均采用2t 扭王块护面，坡脚设置5.0m 宽、1.0m 厚抛石镇压层。

2.2 测区水文地质概况

研究段海堤外海潮汐性质为规则半日潮，以东南～西北向往复流为主，大潮和小潮期间流速差异明显。潮滩相对较宽，近岸滩地宽约2～4km。由于海岸相对开敞，波浪对岸滩的作用较强，随着高滩围填实施，上淤下冲逐步向单一冲刷过渡。

工程区属启海平原区，地势相对平坦。堤身土以粉砂为主，其次为轻粉质壤土，局部夹淤泥、中粉质壤土等，表层多含碎石，草茎、碎贝壳等。堤基地质结构为砂性土单一结构，地层为粉砂，一般呈松散～稍密状态，局部夹薄层轻粉质壤土、淤泥等，粉砂层平均厚度15.58m。

2.3 测区地球物理特征

测区的主要介质为空气、海水、块石坡面及堤身填筑粉砂层（表1）。

表1 测区介质物性参数表

块石坡面与堤身粉砂在物性上存在较大差异，前者呈高阻低介电的特性，后者电阻率相对较低，相对介电常数较高。分析表l 可知，测区具备开展地质雷达法的地球物理前提。

3 现场测试方案

3.1 探测方法

由于常规钻探方法在抛石中钻进困难，成本高、工期长，且只能在点上反映，无法反映隐患分布的连续性与整体性，因而本次利用地质雷达对该段海堤病险进行探测。地质雷达探测采用拖动式电波所LTD～2600 数字地质雷达，其具有高集成化、真数字式、高速、轻便、功耗低、频带宽、数据质量高、抗扰能力强、穿透性能好、适用范围广、探测深度大等特点。根据海堤实际情况及需要探测部位隐患分布情况，结合场地条件，首先对现场进行踏勘、调研、测量相结合，明确探测区域，然后采用地质雷达检测技术，开展指定区域地下隐患检测工作，识别、判定疏松、脱空和空洞等隐患。

3.2 测线布置

根据前期海堤隐患排查及施工单位初步钻探情况，共布置雷达测线5 条，总长13.5km，其中消浪平台2 条（测线1、2），外海侧二级坡3 条（测线3～5）。限于篇幅，以桩号K9+655～K11+655 典型堤段为例，雷达测线平面布置如图1 所示。

图1 雷达测线平面布置图

3.3 数据采集与处理

现场标定好测线，设定好地质雷达参数，对场地进行必要的清理后，以5km/h 匀速对检测区域展开检测，对重点区域、可疑区域进行加密扫描。

地质雷达检测使用GroundVison2 数据采集软件进行数据采集，Reflexw 二维数据处理软件对数据文件进行了预处理、增益调整、滤波和成图等处理，最终得到各测线的成果图，并通过仔细判读信息处理后的雷达图像，对检测波形的时间剖面、波形及振幅的变化规律的对比分析进行综合评判。主要判定特征如下：（1）密实：信号幅度较弱，甚至没有界面反射信号；（2）疏松：界面的强反射信号同相轴呈绕射弧形，并且不连续，错断；（3）空洞：界面反射信号强，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大。

3.4 探测结论

测区内海堤典型隐患部位探测图谱与现场开挖后实况对比后，地质雷达检测图谱反映出的情况基本与现场一致。

通过数据整理、波形处理和波速解译，结合现场检测与验证，桩号K9+655～K11+655 典型堤段地下隐患类别、位置等信息如图2 和表2 所示。

表2 典型堤段地下隐患探测成果统计表

图2 典型堤段隐患分布示意图

4 工程加固方案

根据地质雷达检测成果，结合周边工程经验，对研究段海堤不同隐患类型采用不同的处理方式对堤身进行加固，具体加固措施如下：

（1）对空洞区域，采用开挖回填的方式进行加固处理。空洞洞径大于30cm 时，采用抛石回填；空洞洞径小于30cm，则采用水泥掺量为10%的水泥土回填，并控制压实度不低于0.95。

（2）对脱空区域，原则上采用坡面低压注浆进行加固处理，当注浆加固难以有效充填时，则局部拆除坡面，回填10%水泥土。低压注浆用浆液水灰比1.0～1.5，水玻璃掺量3%～6%（重量百分比），注浆压力0.05MPa，每孔灌浆量不小于2.0m3。

（3）对疏松区域，采用低压注浆进行加固处理，每孔灌浆量不小于1.0m3，其余浆液参数同前文。

5 结语

（1）本文结合启东市江海产业园海堤加固工程，采用地质雷达对海堤潜在隐患部位进行探测，通过对雷达图像的分析与解译，查明了隐患分布情况，并被局部钻探所验证。

（2）块石坡面与堤身粉砂层物性上的较大差异，是开展地质雷达探测的物理前提，同时工程区潮差较大，平均低潮位低于滩涂面，侯潮检测可有效减轻海水对介质电性质的影响。

（3）根据不同海堤隐患类型，采用不同的处理方式对迎水坡进行加固处理。加固工程经受2021年第6 号台风“烟花”的考验，目前，工程完工近一年，加固效果良好。

（4）地质雷达作为工程物探的一种常用方法，本身具有一定的多解性，另外，海水的高电导率和高损耗性对地质雷达电磁波的吸收影响较大。对于类似工程，一方面应尽量选择频率较低的天线侯潮探测；另一方面，在有条件的情况下宜结合适量的钻孔配合验证■