渭河下游堤防隱患探測實(shí)踐與探索

張 英 ，石長偉 ，梁林江 ，趙敏歌

（⒈陜西水利水電工程集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710086；⒉陜西省河流工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710018；⒊陜西省江河水庫管理局，陜西 西安 710018）

1 堤防隱患物探發(fā)展歷程

由于我國建國以來直至本世紀(jì)初，國民經(jīng)濟(jì)處于較低發(fā)展水平的國情，造成我國絕大多數(shù)堤防均不是一次規(guī)劃、分步實(shí)施按標(biāo)準(zhǔn)建成的，而多數(shù)是不同時期按不同標(biāo)準(zhǔn)、采用投勞、以工代賑等多種組織方式逐段修建銜接而成的；之后，又經(jīng)歷多次年加高培厚而成。受當(dāng)時國情與技術(shù)水平以及各種主、客觀條件的限制,堤防工程或多或少存在不同程度的隱患。上世紀(jì)末以來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各地安全要求進(jìn)一步提高，需要逐步對堤防存在的隱患進(jìn)行處理加固。

各級政府對堤防工程隱患的重視,堤防隱患探測持續(xù)不斷得到提高。水利部黃委院有關(guān)科技人員承擔(dān)的“八五”國家科技攻關(guān)項(xiàng)目于1996年通過鑒定，該項(xiàng)技術(shù)1997年8月被國家科委列入《“九五”國家科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目》,世紀(jì)初該院有關(guān)科技人員先后在山東、河南等地探測堤防達(dá)數(shù)百公里,收到了較好的效果。98年大水后,水利部適時啟動了“988”防洪減災(zāi)科技計(jì)劃,支持“堤防隱患及險(xiǎn)情探測儀器開發(fā)”項(xiàng)目；1999年初,根據(jù)國家防總辦公室的部署,在湖南省益陽市永申垸廢堤段進(jìn)行了堤防隱患探測及試驗(yàn)；這些措施與活動對堤防隱患探測的研究起到了較大的推動作用。

2 堤防隱患物探適用性分析

2.1 物探各主要方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析

目前物探方法很多，但能用于堤防隱患探測方面的主要為以下4種，各種方法優(yōu)缺點(diǎn)分析如下：

高密度電法：該主法是一種新型的、較為先進(jìn)的物探手段。具有成本低廉、效率高、檢測連續(xù)，直觀、適使用和交流等諸多優(yōu)點(diǎn)，符合堤壩隱患探測要求無創(chuàng)傷、速度較快、資料可靠的實(shí)際。

面波勘探：該方法資料解釋成果與野外實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)關(guān)系密切,如何獲得良好的面波記錄是該方法的關(guān)鍵。隱患探測到洞穴時,頻散曲線特征正演與反演分析、解釋是研究重點(diǎn)；另外，需進(jìn)一步加強(qiáng)對新震源的研究和野外觀測方法的改進(jìn)。

地質(zhì)雷達(dá)：該方法在堤防“隱患”較淺時(小于10m)效果較好,圖件反映比較直觀；具有現(xiàn)場工作簡單、速度快、效率高等優(yōu)點(diǎn)；不足之處是地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理與異常判別解釋技術(shù)仍需提高。

瞬變電磁法：屬于時間域電磁感應(yīng)法,具有探測深度大、速度快,不受地形和接地電阻的影響等優(yōu)點(diǎn)，對于深部地層劃分具有一定效果；不足方面是測量速度較慢,有待進(jìn)一步改進(jìn)[1]。

2.2 適用性

堤防是“長時期多次人工修筑、構(gòu)成復(fù)雜”的防洪工程，對防護(hù)區(qū)安全十分重要，其地質(zhì)、地球物理特性具有一定的特殊性。物探是個間接勘察手段，需采用綜合方法，“具體隱患具體分析”，才會取得較為滿意的效果。各地堤防隱患探測實(shí)踐表明：在具備一定物性差異的前提下，適時先用物探的方法進(jìn)行堤防隱患探測是有效的[2]。

3 渭河下游堤防隱患探測實(shí)踐

3.1 渭河下游堤防基本情況

渭河下游堤防，粘土一般呈灰黃色、稍濕、中密—密實(shí)，含水量4%~13%左右，有時含粘性土團(tuán)塊，形成團(tuán)塊狀結(jié)構(gòu)，往往沿團(tuán)塊周圍有微小裂隙，具人工混合土的特征；粉質(zhì)粘土為褐黃色，稍濕，可塑，由于其吸水性較強(qiáng)，一般較相同部位的粉土含水量要大，呈層狀薄層狀分布于大堤填土之中；粉砂為灰黃色，稍濕，稍密，分選、磨園較好，常含少量泥質(zhì)成份，層狀、透境狀分布，由于滲透性好，較為干燥；含礫中粗砂與中細(xì)砂局部分布，反映出修堤時就地取材的特征。

3.2 工作緣由與探測范圍

為摸清渭河下游堤防隱患的類型及分布，有目的的開展除險(xiǎn)加固工作，經(jīng)黃河務(wù)[2001]8號文批復(fù)，2001年，陜西省三門峽庫區(qū)勘管理局組織開展堤防隱患檢測工作，檢測范圍為：渭河渭南以下干流堤防西起渭南市臨渭區(qū)，東止華縣方山河（南岸）、大荔縣拜家（北岸）一帶，總長113.52 km。

3.3 探測工作、成果及其評價

經(jīng)對比分析研究，渭河下游隱患探測選用高密度電法。為驗(yàn)證探測成果的準(zhǔn)確性，進(jìn)行了驗(yàn)證勘察。驗(yàn)證勘察共布置鉆孔19眼，12m/眼，總鉆深 228m；探井 13 眼，7m/眼，總深 94.3m；土工試驗(yàn)測試含水量161個、干密度161個。

壓實(shí)度評價中華縣段堤防平均壓實(shí)度為0.94、臨渭區(qū)南岸堤防平均壓實(shí)度為0.83，大荔段平均壓實(shí)度為0.90，臨渭區(qū)北岸平均壓實(shí)度為0.82。由壓實(shí)度不夠形成的隱患類型有以下幾種：（1）松散夾層，（2）層狀虛實(shí)相間，（3）整體松散，三者既獨(dú)立又有聯(lián)系。另外，還存在砂夾層、砂土堤段隱患，動物洞穴、腐爛植物根系隱患，裂縫、粘性土團(tuán)塊隱患，砂土堤基隱患，采砂形成的險(xiǎn)情。

經(jīng)與勘測驗(yàn)證對比分析認(rèn)為：（1）高密度電法可以較為準(zhǔn)確地確定松散夾層，但不足之處是不能準(zhǔn)確區(qū)分由于低含水量而引起的異常，未能準(zhǔn)確解釋整體松散而產(chǎn)生的高背景值異常，以及層狀虛實(shí)相間類隱患中的薄層（厚10~20 cm左右）松散層。（2）對粉砂夾層的位置確定是準(zhǔn)確的，但在深度上存在較大差異，另外對整體砂土段堤身土未做出解釋。（3）對孔洞類隱患的確定有一定的局限性。（4）對垂直壩體的裂縫，應(yīng)在普查的基礎(chǔ)上，進(jìn)行詳查，詳細(xì)界定其分布范圍及走向等，以確定是否臨背貫通，這是最危險(xiǎn)的隱患?？梢姡呙芏入姺梢暂^為準(zhǔn)確地確定松散夾層，對粉砂夾層的位置確定是準(zhǔn)確的，但在深度上存在差異；因此，高密度電法是一種在渭河下游堤防實(shí)用有效的隱患探測方法。

4 堤防隱患探測存在問題與技術(shù)展望

4.1 存在問題

堤防隱患探測是一門邊緣性交叉學(xué)科，具有較強(qiáng)的綜合性，堤防隱患物探測試需要工作者本身具有地質(zhì)知識、堤防結(jié)構(gòu)知識、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方面較高的綜合素質(zhì)：只知儀器不懂地質(zhì)不行，只有點(diǎn)滴成果沒有大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也不行。因此，堤防隱患物探應(yīng)采用綜合的物探方法,有的放矢，“具體隱患具體分析”才會取較好的效果。

由于當(dāng)前各種探測技術(shù)與堤防隱患探測“操作簡便、工作快速、結(jié)果準(zhǔn)確”等3個方面的要求還有一定差距；要實(shí)現(xiàn)簡便、快速、準(zhǔn)確地獲得堤防隱患探測成果,需要針對堤防不同隱患的各自特點(diǎn)，相關(guān)學(xué)科的科技人員加強(qiáng)合作研究，在現(xiàn)有技術(shù)實(shí)踐的基礎(chǔ)上不斷開拓創(chuàng)新、取得技術(shù)突破。

4.2 技術(shù)展望

堤防是保障防護(hù)區(qū)安全的重要防洪工程；各類堤防隱患與正常堤防（堤基）介質(zhì)之間、各類巖土介質(zhì)之間，具有一定的電磁、電性和彈性差異,具備利用綜合物探方法提高勘察效果的物理前提；堤防隱患探測，為堤防除險(xiǎn)加固提供了基礎(chǔ)與依據(jù)，更具針對性，能夠減少人員投入、減輕勞動強(qiáng)度、提高工作效率。

電法探測堤防隱患具有不破壞堤防結(jié)構(gòu)探查的突出優(yōu)點(diǎn)，具有經(jīng)濟(jì)、快速、實(shí)用、成本低的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)探測方法相比，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。目前，堤防隱患探測方法主要是利用電法探測，這種圖像反映解釋比較容易，可用于快速普查，確定隱患位置和埋深，達(dá)到快速探測隱患的目的[3]；實(shí)踐證明，該工作模式適合土質(zhì)堤壩的隱患探測，有廣闊的應(yīng)用前景。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

（1）從渭河下游隱患探測提交的成果來看,高密度電阻率法對堤防隱患的探測是成功的，確定的隱患是基本準(zhǔn)確的、可信的，是一種實(shí)用有效的堤防隱患探測方法，適用于渭河下游堤防。

（2）準(zhǔn)確的堤防隱患探測成果，是堤防除險(xiǎn)加固的重要依據(jù)；當(dāng)前的探測技術(shù)與“操作簡便、工作快速、結(jié)果準(zhǔn)確”等堤防探測要求還有一定差距。

5.2 建議

（1）盡快開展渭河綜合整治后堤防隱患探測、確保堤防工程質(zhì)量與安全

渭河全線整治中，省政府及沿渭各市投入巨資用于渭河堤防的新建與改擴(kuò)建工程建設(shè)，改觀了渭河防洪的基本形勢；當(dāng)前，我們應(yīng)該盡快依照《堤防工程安全評價導(dǎo)則 (SL/Z 679-2015)》[4]的要求，全面、規(guī)范布置堤防綜合物探工作,用于堤防隱患調(diào)查并開展堤防工程安全專項(xiàng)驗(yàn)收,確保堤防工程安全。

（2）探索建立專業(yè)化的堤防隱患探測隊(duì)伍

探測工作人員需要具備多個學(xué)科的綜合知識，短期培訓(xùn)難以能勝任該項(xiàng)工作；因此，建議探索建立適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)、具有現(xiàn)代管理機(jī)制的專業(yè)堤防隱患探測隊(duì)伍，確保探測成果的質(zhì)量。

[1]才致軒，堤防隱患探測測評工作綜述[J]，水利技術(shù)監(jiān)督，2001.01，32-34.

[2]石念增、劉康和，堤防隱患探測實(shí)例分析[J],地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2005.16(4)，376-382.

[3]連惠萍，趙婷，黃河堤防隱患探測新技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]，水利科技與經(jīng)濟(jì)，2013.19(3)，114-116.

[4]SL/Z 679-2015，堤防工程安全評價導(dǎo)則[S].北京：中國水利水電出版社，2015.