綜合物探方法在海塘隱患探測中的應用

王曉萌

（上海新地海洋工程技術有限公司，上海200083）

1 引言

長期以來，受到自然條件以及人為因素的影響，海塘的防滲體系會出現裂縫、脫空等現象，這些現象會導致海塘不能安全有效地運行。如何快速無損有效探查出隱患，并對隱患進行加固除險，是堤防管理工作中的重要內容。

海塘的無損隱患探測可以采用高密度電法、自然電場法、探地雷達法、天然源面波法、瑞雷波法等技術。由于物探方法反演結果具有多解性，利用單一的物探方法難以解釋海塘的隱患情況。結合現場實際情況，筆者對上海浦東新區某段海塘開展了探地雷達法、自然電場法和天然面波法的綜合物探工作，并取得了良好的效果。

2 綜合物探方法

2.1 探地雷達法

探地雷達是利用激發天線向目標體發射高頻脈沖電磁波，電磁波在介質中傳播，遇到界面后產生反射波，反射波會被接收天線接收。整個過程由探測儀器主機控制，接收天線接收到的時變信號也由主機記錄。分析雷達記錄中目標體及周邊介質之間的反射特性差異，可以實現對目標體內部的缺陷進行探測[1,2]。

2.2 自然電場法

當海塘中存在隱患時，地下水會在地下空隙、裂隙中流動，并將帶走雙電層溶液一側的部分陽離子。于是，在水流的上游會留下多余的負電荷，而下游有多余的正電荷，因而形成極化。通過電位觀測儀探測得到測線上電位異常的分布規律，可以判斷隱患在地下空間中的大致分布[3,4]。

2.3 天然面波法

地球表面存在一種微弱波動，如風、潮汐、氣壓、火山活動、人類行走、車輛移動等活動都會產生振動。天然面波法即利用上述活動產生的振動，提取微動信號中的瑞雷波信號，根據頻率和振幅隨時間和空間顯著變化的特性，推斷地下空間的速度結構，進而描述地下空間的介質分布[5,6]。

3 探測實例及分析

3.1 工程概況

上海浦東新區某海塘大堤采用水力機械分層吹填壩體的結構，并在6m、3m 高程處設置消浪平臺。巡檢發現主堤多處有明顯沉陷，部分灌砌塊石坡面有水流不間斷滲出，說明堤身可能存在滲漏通道。為確保大堤安全，采用綜合物探方法對該段大堤進行探測。

3.2 物探方法參數設置

本次探測任務的方法參數如下：自然電場法采用電位觀測，點矩2m，電位總基點穩定且接地良好。天然面波采用三角形觀測臺陣，臺陣大小為6m，單點測試時間15min，滾動向前觀測。探地雷達采用100MHz 的天線，采樣時窗300ns，采樣點1 024，掃描速率 30 次/s。

3.3 物探成果分析解釋

3.3.1 自然電場成果分析

由測線的自然電場電位剖面圖（見圖1）可知，在80m 處附近出現相對高電阻異常，推斷為未充水的空洞或地層松散，與現場沉陷位置對應。

圖1 自然電位法剖面圖

3.3.2 地質雷達成果分析

由測線地質雷達剖面圖（見圖2）可知，測線24.0～30.0m處，埋深0.8m 位置探地雷達剖面圖同相軸錯斷，呈“拋物線狀”雷達反射異常，推斷此處地下地層松散或欠密實，該位置與現場塌陷相對應。

圖2 地質雷達剖面圖

3.3.3 天然面波法成果分析

由天然面波法得到的剖面圖（見圖3）可知，淺部高速層（＞600m/s）為砌塊石、拋石棱體反應；深部低速層（＜500m/s）為充填砂性土以及更下部的灰色砂質粉土層反應。樁號36～41m處，淺部波速相對較低，該處表層砌塊石現場沉降明顯，推測該處地層下方存在較大隱患。

圖3 天然面波剖面圖

3.3.4 綜合成果分析

結合上述探測結果可以看出，自然電場法、地質雷達法、天然面波法都能反映海塘堤壩相應的地下地層結構，并且都能探測出現場存在的隱患。

4 結論

通過本文的分析，得到以下結論：

1）在海塘堤防隱患探測中，相比單一的物探方法，綜合物探法可以相互印證，減小多解性的影響，更加準確地判斷目標體的結構特征；

2）物探方法應該結合現場的巡視結果來判斷異常是否合理；

3）可以現場鉆孔取樣驗證綜合物探的成果，以達到最大的探測精度。