渭河下游堤防隱患探測及初步分析

常曉紅 ，袁 崢 ，梁林江 ，3

（1.陜西省三門峽庫區大荔河務中心,陜西 大荔 715100; 2.陜西省江河水庫工作中心,陜西 西安 710018; 3.西藏自治區阿里地區水利局,西藏 噶爾 859400）

1 概況

渭河位于黃河腹地大“幾”字形基底部位，是黃河最大的支流，橫穿坦蕩如砥的關中平原，流經寶雞、楊凌、咸陽、西安、渭南五市區，長512 km，孕育了富庶的“八百里秦川”，是陜西的“母親河”。渭河咸陽鐵路橋以下是黃河三門峽水庫的主要淹沒區和重要影響區，為下游段。堤防是沿江河湖海或渠道、水庫、行洪區、分滯洪區、圍墾區邊緣修建的擋水建筑物，是世界上最早和最為廣泛采用的重要防洪工程，是保護城鄉居民和工農業生產的主要措施。“十二五”期間，陜西省實施了渭河全線綜合整治，建成堤防工程630 km，實現了“堤固、岸綠、景美”的目標。

堤防隱患是因為自然或人為等因素的作用或影響造成的堤身裂縫裂隙、松散土體、軟弱夾層或獾鼠洞穴等威脅堤防安全的因素。隱患探測是堤防工程運行管理的一項重要內容，探測的結果為維修養護、除險加固和汛期防守提供科學依據。《黃河堤防工程管理標準》（黃建管[2004]1號）要求，堤防工程隱患探測要有規劃有計劃地進行，每10 年須對全部堤防探測一遍。按照輕重緩急和逐年實施的原則，本次探測渭南市華州區32+500～50+600 段堤防，堤頂寬30 m，臨水側坡比1∶3，背水側坡比1∶3～1∶4，堤防臨背差較大，普遍在2 m～4 m，最大4.2 m，堤防安全尤為重要。依據《堤防隱患探測規程》（SL 436-2008）等要求，普通探測18 km，詳細探測1.8km。

2 方法原理

堤防隱患探測先后經歷了人工普查、人工錐探、抽水洇堤、機械錐探等過程，現在發展到電法探測。本次探測工作采用高密度電法，使用WDJD-3 高密度電阻率測試系統,在堤頂通過供電電極向堤防供入直流電形成人工電場，利用測量電極通過儀器觀測其電場分布情況，分析不同隱患所引起的地下電場變化。在理想條件下將堤防視為均質體，其電阻率在垂直方向和水平方向變化不大，電場分布均勻；堤防存在隱患時，均質體遭到破壞，電場分布就發生改變，表現在隱患位置上所測的電阻率發生變化。根據所測試電阻率大小及曲線形態，結合相關資料來推斷堤防隱患的性質、部位和埋深。

本次探測全部采用施倫貝格裝置，將供電電極A、B對稱等距離布置在測量電極M、N兩側，四極皆在一條直線上，測點O位于中心，AO=BO，MO=NO。剖面測量時將裝置按照設定層數移動，同層AMNB保持不變，橫向移動；層數增加將AB擴大，MN間距不變，見圖1。

圖1 施倫貝格裝置示意圖

T為總道數，n為測量層數，x為基本點距。此裝置的視電阻率計算公式為：

式中：ρS為視電阻率，Ω·m；ΔVMN為MN極間電位差，mV；I為供電電流，mA；K為裝置系數；AM為A、M電極間距，m；AN為A、N電極間距，m；BM為B、M電極間距，m；BN為B、N電極間距，m。

野外工作時將測線布置在堤防迎水側堤肩，距堤防邊緣0.5 m，采用2 m點距，14 層掃描；采用200 V恒壓供電，保證底部數據的可靠性。當地表干燥時要打深電極或澆水，減小接地電阻；使用測繩測量要保證電極間距準確可靠。

3 資料解釋與成果分析

3.1 對稱四極剖面解釋

提取AB/2=15 m或14 m探測數據，繪制視電阻率曲線圖，根據視電阻率值對視電阻率曲線進行分段，分段后確定每段背景值。典型對稱四極剖面見圖2。

有效異常確定：堤身隱患通常表現為高阻異常，將異常幅度大于20%的點作為有效異常點，即：

式中：η為異常幅度；ρS為測電視電阻率值；ρo為背景視電阻率值。

圖2 典型對稱四極剖面

3.2 高密度電法剖面解釋

高密度電法解釋步驟為：將原始數據從儀器回放到計算機，在計算機內拼接，剔除畸變點，成圖。

當堤防土質均勻無隱患時，圖像呈層分布，視電阻率等級強度變化一般從堤頂向下呈降低趨勢，對于某些經過處理如堤防加固、新筑截滲墻等堤段，也會有不同的表現，但圖像形態是均勻變化的。當堤身存在裂縫時，圖像層狀特征被破壞，出現條帶狀或橢圓形高阻色塊，使得某些層位發生畸變，這些高阻色塊視電阻率值會大于1.2 倍的正常背景值。當堤防存在洞穴時，圖像層狀特征也會被破壞，出現近似圓形或橢圓形高阻色塊，視電阻率梯度變化較大，而且這些高阻色塊極值接近或大于2 倍正常背景值。當堤防存在松散土質等不均勻體時，也表現為高阻色塊，只是范圍比較大，形態不規則，其視電阻率異常值也達到或超過1.2 倍正常背景值。如圖3所示，在樁號9394 m處反映為裂隙。

圖3 典型高密度電法剖面

3.3 隱患位置及埋深的確定

（1）隱患位置的確定：有效異常峰值對應的樁號即為隱患位置。

（2）隱患埋藏深度的確定：

裂縫頂部埋深的計算公式：

式中：h為裂縫頂部埋深；q為異常半幅值點寬度；ρo為背景是電阻率（正常場）；ρS為異常峰值是電阻率。

當m＜0.6時，取經驗公式h=0.25q；不均勻體中心埋深h=0.5q。

3.4 堤身質量評價

根據異常點（隱患）的個數與該段堤身長度的比值（k），對堤身質量進行評價，評價標準見表1。

表1 堤身質量評價標準

3.5 成果分析

根據相關研究成果以及本次探測資料，按照上述資料解釋原則，進行異常判別。

單一異常，在視電阻率曲線中表現為背景平穩，且有孤立異常存在，比較直觀。從形態上有窄幅和寬幅之分，尖頂和平頂之分，對稱和不對稱之分。其中，窄幅尖頂異常是典型的裂縫隱患特征。寬幅圓頂、寬幅不對稱等異常多是不均勻體（土質松散密實度偏低，級配不良夾層等）隱患。單一隱患在高密度電阻率色譜圖中表現為裂縫隱患造成的異常多為條帶狀，不均勻體隱患造成的異常大多為塊狀。

根據隱患性質以及隱患在堤段中分布的疏密情況，對堤身質量進行分類評價。探測成果表見表2，堤身質量評價見表3。

表2 渭河下游堤防隱患探測成果表

續表2

表3 堤身質量評價表

4 結論與建議

（1）本次探測查明了隱患的類型和位置。主要為裂縫和不均勻體，未見明顯的洞穴隱患異常特征。裂縫頂部埋深普遍在0.5 m～1.0 m左右，1處不均勻體中心埋深在3.8 m處。

（2）堤身裂縫主要由不均勻沉陷、干縮、龜裂、施工縫接頭或新舊堤結合部造成的。不均勻體主要由施工土料土質松散密實度偏低、級配不良和軟弱夾層等原因造成的。

（3）探測數據經過整理分析，根據電阻率情況共劃分為15段。其中，堤身質量良好段10 處；堤身質量較好段5 處；沒有發現隱患發育段和較發育段。堤防質量總體良好。

（4）要按照《堤防養護修理規程》和水利工程維修養護相關規定，在裂縫趨于穩定時開展除險加固，確保設防標準下的抗洪能力。汛期要加強觀測，當河水出槽漫灘臨堤接近隱患位置時要做好搶險防守準備，確保堤防安全和沿岸人民生命財產安全。

（5）隱患探測是堤防工程管理的重要技術工作，建議按照《堤防隱患探測規程》和相關規定，按照探測規劃有計劃地開展剩余堤防隱患探測工作，弄清隱患性質、數量、大小和分布等。

（6）建議按照《堤防工程安全評價導則》（SL/Z 679—2015）開展渭河堤防安全評價，包括運行管理評價和安全復核，并完成《堤防安全現狀調查分析報告》《堤防安全復核計算分析報告》《堤防安全綜合評價報告》，強化安全管理，掌握安全狀況，確保安全運行。