滏阳新河堤防隐患探测及成果分析

李锁庄

（河北省子牙河河务管理处，河北 衡水053000）

1 工程概况

滏阳新河是“63.8”洪水后修建的行洪河道，1968年春建成。左堤自宁晋滏宁渠开始，至献县贾庄桥村与滏阳河右堤相接处，全长130.4km，其中滏宁渠至艾辛庄枢纽3.2km，艾辛庄以下127.55km；右堤自宁晋赵家庄起至献县枢纽，全长129.82km。两堤间河宽一般为1.5～1.6km。

滏阳新河是治理海河的骨干工程之一，堤防等级为II级。工程自建成以来，没有经过洪水考验，也未进行过大规模的除险加固，由于工程施工过程中自身存在质量缺陷，多处堤段存在密度不均、夹层、架空等现象，再加上多年受到自然环境、外部条件等综合影响，目前堤身质量疏密不均，局部堤段压实度不足，堤防存在多处险工。

为了解滏阳新河堤防的工程质量，自2007年4月下旬开始，使用山东省黄河河务局生产的ZDT－Ⅰ型智能堤防隐患探测仪，采用电法原理进行堤防质量隐患探测。

2 探测原理及方法

2.1 探测原理

探测的基本原理是在堤顶通过供电电极向地下供入直流电，形成人工电场，然后利用测量电极通过仪器观测电场分布情况，研究不同隐患所引起的地下电场变化。理想条件下，大堤电阻率在垂直和水平方向变化是均匀的，当堤防存在隐患时，均质体被破坏，导致电场分布发生变化，视电阻率发生变化，结合筑堤材料性质、地质情况，即可推断出隐患的性质、部位和埋深。

2.2 技术方案和仪器

本次隐患探测采用电阻率剖面探测方法，对大堤进行探测，共分为普测和详测两种。

（1）普测和详测测线均顺堤布置，测点基本位于临河堤肩0.5～1.0m。

普测采用复合对称4极剖面法的布极方式，测点距4m。为准确了解隐患情况，用AB/2=14m和A′B′/2=6m两种供电极距、MN/2=2m测量极距的对称4极装置的组合进行探测。布极如图1所示。

图1 探测布极图

测量时，供电电源A、B向地下恒流供电，建立恒定电流场，测出供电回路电流I和测量电极M、N间的电位差ΔV。

式中 ρs为视电阻率；ΔV为MN两极间的电位差；I为供电电流强度；K为对称四级装置系数；AM、AN、MN为极距。

该方法最大有效探测深度7m。

（2）详细探测采用电测深法。详细探测为对称4极布置方式，测点距2m。每个剖面通过增设供电电极A、B的个数，测点位置不变，利用供电电极极距越大，电场越趋越深的原理，由浅到深，探测不同深度的视电阻率变化，从而分析堤防内部地质和隐患情况。本工程探测采用6层扫描，即供电极距AB/2分别取1.5，2.5，4，6，9，12m，测量极距MN/2=1m，一次供电的情况下，测量每层视电阻率。该方法最大探测极距12m，最大有效探测深度约6m，可满足探测要求。

高密度电法的原理与上述一致，探测装置型式选定斯隆贝格装置（高密度电法特有），电极距2m，8层扫描。测量时，供电电极A、B对称等距离布置在测量电极M、N的两侧，四极皆在一条直线上，测点O位于中心，AO=BO，MO=NO。剖面测量时，装置按设定的层数移动，A、B向两侧移动，M、N间距不变。

高密度电法在实际探测中使用了8条探测电缆，共64道电极开关，每个探测剖面长126m，探测完当前剖面后留最后2根电缆，移动前6条电缆至下一剖面进行滚动探测。本次隐患探测主要采用ZDT-I型智能堤坝隐患探测仪，局部测段采用E60CN型高密度电法仪。

3 探测资料整理

通过现场实际测量，共完成普查259.408km（左堤130.504km，右堤128.904km），详细探查43.866km（左堤25.574km，右堤18.292km）；内业资料整理共处理普测数据点128758个，详测数据点120984个。

3.1 堤防地质简况

滏阳新河位于河北平原中东部地区，地形平坦开阔，由西南向东北略倾。地貌类型属河流相冲积平原。工程区地层岩性由人工填筑土（Qml）和第四纪全新统冲积粉土等组成。

滏阳新河堤防为就地取材填筑而成，堤身土以粉土为主，其次为粉质粘土。

3.2 施测段电阻率特点

电阻率表示不同物质的导电性能。一般地，在含水量相差不大时，第四纪沉积层中颗粒越粗，孔隙越大，透水性越好，电阻率越高，也就是说同等条件下砾石、粗砂电阻率较高；中、细砂次之；粘土最低。电阻率法就是依据不同岩层电阻率差异来间接检查堤防质量。

3.3 现场检查与评定

为了确保现场探测成果的可靠性，在探测过程中进行质量检查，除对仪器设备的工作情况、探测方法和技术进行检查外，还进行了重复观测和检查性观测。

（1）重复观测。在曲线的突变点和畸变线段、仪器参数或观测条件发生改变的情况下，进行重复观测。每次重复观测时改变电流，次数多少视具体情况而定。保证测量结果的相对误差不超过5%。

（2）检查观测。沿程分阶段进行，每段测量结束后，重新布线，在确保仪器正常的情况下，对质量可疑点（变化不规律、变化异常）进行探测，全部外业工作结束前，对现场观测记录再次进行检查，确保采集数据可靠有效。

（3）测段距离的控制。每遇一里程桩，对测点距离与大堤桩号进行比较修正，以保证测点位置与大堤桩号基本吻合。并在堤防两侧做百米标记。

3.4 资料整理

普通探测资料整理的主要内容是绘制测段视电阻率曲线剖面图，根据视电阻率曲线图，标出异常点和异常段，对异常点和异常段进行综合评价，剔除假异常。根据普通探测具体情况，基本按照每5km一段进行绘图的原则，对原始探测数据，经转换处理后绘制视电阻率曲线剖面图，如图2。

图2 滏阳新河左堤55+000～60+000普测视电阻率曲线剖面图

详细探测和高密度电法资料整理的主要内容是绘制视电阻率剖面图，或彩色色谱图，视电阻率剖面图或彩色色谱图简明形象地描绘了地电断面的结构与分布形态，形象直观。对详细探测的堤段一般按照每300m一段、高密度电法探测基本上按每500m一剖面进行绘图的原则，绘制视电阻率剖面图亦等值线图或色谱图，以便分析隐患类型、具体位置。如图3～4所示。

4 探测成果分析

4.1 隐患判定的原则

一般情况下，当大堤土质均匀无隐患时，图像呈层分布，视电阻率等级强度变化一般从堤顶向下呈降低趋势，但对于某些经过处理如堤防加固，灌浆、新建防渗墙等堤段，也会有不同表现。当大堤存在裂缝、空洞时，图像层状特征被破坏，出现条带状或椭圆形高阻色区，使得某些层位发生畸变，视电阻率梯度变化比较大。当大堤存在松散土质、砂层或杂填土层等不均匀体时，也表现为高阻色区，范围较大，形态不规则。

堤防隐患一般是指松散体、洞穴、裂缝和砂层等。由于该区域近10a未遇洪水临堤，河道干涸且地下水位连年下降，堤身比较干燥，洞穴、裂缝和松散体中填充的介质为空气，这3种隐患均呈高阻异常；其次砂层的电阻率远高于堤身粉土和粉质粘土的电阻率，因此这四种隐患在滏阳新河均表现为高阻异常。

判断堤防隐患异常的可靠程度通常用异常系数 （亦异常值与正常场值之比或异常值与正常背景值之比），该系数随不同堤防填筑材料而异，一般经过开挖验证资料取得。有资料统计，该值一般介于1.2～1.5，按相似工程采用异常系数1.3作为推测滏阳新河堤防隐患的特征值。根据隐患分布、电阻率背景值等，推测隐患发育段（含砂土筑堤段、杂填土段等不良土质段）和松散体（含裂缝、洞穴、局部砂层、低密度区）。

4.2 普测资料分析

（1）总体反映AB/2=6m的视电阻率大于AB/2=14m的值，符合堤防电阻率分布规律。

（2）视电阻率整体分布比较稳定，一般稳定在20～40Ω·m，但部分区域存在高阻值。经分析，推测左堤可能存在相对明显隐患发育段60段，长度19.124km，右堤可能存在相对隐患发育段39段，长度27.084km，分别为所测长度的14.7%和21.0%。

4.3 详测资料分析

在普测基础上，选取一定长度的堤防进行详测。本次在左堤选取83段、右堤选取63段进行详细探测，实测长度39.666km。

通过视电阻率剖面图分析，初步推测缺陷位置、性质、顶部埋深等。推测左右堤防隐患长度分别为10.321km和10.088km，占所测长度的44.3%和61.5%；推测隐患257处，其中空洞2处，裂缝10处，松散体245处；有90段堤防整体或局部视电阻率较高。

本次在左右堤共选取5段堤防进行高密度探测，桩号分别为107+000～108+000、117+500～118+000、122+200～123+000、71+000～71+500、114+500～115+900，探测总长度4.2km。

通过视电阻率剖面图分析，推测左、右堤隐患长度分别为1.31km和0.634km，隐患6处，主要表现形式为松散体，见表1。

5 结语

（1）用剖面法普查，推测堤防可能存在隐患缺陷145段，长度58.062km，占所测堤防总长度22.4%。其中左堤84段24.634km，右堤61段33.428km，分别为所测长度的18.9%和25.9%。左堤可能存在相对明显隐患发育段60段，长度19.124km，右堤存在相对明显隐患发育段39段，长度27.084km，占所测长度的14.7%和21.0%。

表1 滏阳新河堤防高密度电法探测成果表

（2）用连续测深法进行详细探查，实际探测39.666km，其中推测左右堤隐患缺陷长度10.321km和10.088km，占所测长度的44.3%和61.5%；推测隐患缺陷257处，其中可能缺陷型式空洞2处，裂缝10处，松散体245处；有90段堤防整体或局部视电阻率较高。

（3）高密度探测实际距离4.2km，推测隐患缺陷长度1.944km，主要隐患型式松散体。

通过详细探查及探坑开挖结果，基本验证了普测对隐患发育段的推测，进而证明了普测结果的真实性与可靠性。

［1］SL 436—2008，堤防隐患探测规程［S］.

［2］郭玉松，谢向文，马爱玉，等.从堤防隐患探测到堤防隐患监测的思考［J］.水利技术监督，2003（3）.