综合物探方法在某段海塘大堤探测中的应用

　　摘要：在海塘隐患检测的众多方法中，地球物理方法以快速、无损的特点被广泛使用。论文采用探地雷达法、自然电场法和天然面波法对上海浦东新区某段海塘大堤进行综合地球物理探测。探测成果表明，综合物探可以有效判断隐患的分布，为海塘后期的综合治理提供了有力依据。

　　关键词：综合物探方法； 探地雷达法； 自然电场法； 天然面波法

　　Abstract:Among the many methods for the detection of hidden danger in the seawall, geophysical method is widely used because of its fast and nondestructive characteristics. In this paper, ground penetrating radar, natural electric field and natural surface wave are used to detect a section of seawall embankment in Pudong New Area of Shanghai.The detection results show that the comprehensive geophysical exploration can effectively judge the distribution of hidden dangers and provide a strong basis for the comprehensive treatment of seawall in the later stage.

　　Keyword:integrated geophysical method; GPR; natural electric field method; natural surface wave method;

　　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。

　　参考文献

　　[1]秦鹏，高健，程春梅，等。大地电导率仪---探地雷达组合物探法在海堤工程隐患探测中的应用[J].科技通报，2017,33（7）：233-236.

　　[2]章雪松，钟宙灿，张展，等。探地雷达与高密度电阻率法在采矿空洞探测中的综合应用[J].工程地球物理学报，2017,14（5）：606-611.

　　[3]刘加文，王治军，杜志伟。自然电场法在场地地下水勘查中的应用[J].工程地球物理学报，2009,6（5）：612-615.

　　[4]刘艳秋，徐洪苗，胡俊杰。综合物探方法在水库堤坝隐患探测中的应用[J].工程地球物理学报，2019,16（4）：546-551.

　　[5]赵东。被动源面波勘探方法与应用[J].物探与化探，2010,34（6）：759-764.

　　[6]章飞亮，闫高翔，袁真秀，等。微动技术在地铁隧道区间孤石探测中的应用[J].工程地球物理学报，2015,12（6）：817-822.