地質雷達在啟東江海產業園海堤隱患探測中的應用

賈 軍 崔 培 王桂生

（中水淮河規劃設計研究有限公司 合肥 230601）

1 引言

地質雷達（GroundPenetratingRadar，GPR）是通過向所探測地面下方發射高頻電磁波束、并接受來自地下介質界面的反射波來探測地下介質分布的地質探測技術。由于具有抗干擾性強、探測范圍廣、分辨率高、定位準確、快速經濟、靈活方便、剖面直觀、圖像實時顯示等優點，已成功地應用于巖土工程勘察、工程質量無損檢測、礦產資源研究、生態環境檢測、城市地下管網普查、隧道施工超前預報、堤壩隱患探測等眾多領域。

海堤工程一般修建在潮間帶灘涂上，堤身普遍碾壓不實，土質不均，運行期又飽受海潮侵蝕和風浪沖擊，導致海堤建成后，相當長時間內仍有沉降、淘蝕發生，且多數海堤遭遇風暴潮后往往進行臨時搶險搶修，導致現狀海堤多是在早期幾經修復的堤身上。根據海塘工程所處環境及其自身特點，堤身內部往往存在不均勻的異常層以及局部不均勻處（包括早期施工和搶險加固留下的薄弱環節，如樹枝、草包、棉絮、亂石堆等不利于海塘安全的物質），并可能發展成為滲漏通道，甚至產生滑塌毀損等現象。查明和圈定影響堤身穩定的異常物質層及局部異常物質分布區，是海堤除險加固的重要內容之一。

本文結合啟東市江海產業園海堤加固工程，介紹地質雷達探測技術在該海堤K9+665～K11+655 段隱患摸排中的應用，并根據探測到的海堤內部土體結構現狀及隱患分布情況，為海堤維修加固提供科學依據。

2 測區概況與地球物理特征

2.1 測區海堤工程概況

研究段海堤防洪標準為100年一遇黃海高潮位加百年一遇風浪，海堤級別為1 級，堤身結構采用復式斷面混合堤。現狀坡面多為灌砌石護坡，堤腳設拋石鎮壓層，由于該段海堤建成時間較長且凸向開敞式外海，海潮侵蝕及風浪沖擊作用強，沿線多處存在堤腳淘空、護坡塌陷、坡面及擋浪墻局部破壞失穩等病害。

海堤加固設計仍采用復式斷面混合堤，堤身采用充填袋裝砂加高培厚。堤頂高程7.4m，寬8.5m，外海側設反弧形防浪墻，墻頂高程8.5m。內坡坡比1∶3，外海側設兩級坡，一級坡（上坡）坡比1∶3，二級坡（下坡）坡比隨現狀，兩級坡面之間設消浪平臺，平臺高程4.3～4.2m，寬5.0m。一級坡防浪墻至6.57m 高程坡面采用35cm 厚灌砌石護坡，其余迎水坡坡面均采用2t 扭王塊護面，坡腳設置5.0m 寬、1.0m 厚拋石鎮壓層。

2.2 測區水文地質概況

研究段海堤外海潮汐性質為規則半日潮，以東南～西北向往復流為主，大潮和小潮期間流速差異明顯。潮灘相對較寬，近岸灘地寬約2～4km。由于海岸相對開敞，波浪對岸灘的作用較強，隨著高灘圍填實施，上淤下沖逐步向單一沖刷過渡。

工程區屬啟海平原區，地勢相對平坦。堤身土以粉砂為主，其次為輕粉質壤土，局部夾淤泥、中粉質壤土等，表層多含碎石，草莖、碎貝殼等。堤基地質結構為砂性土單一結構，地層為粉砂，一般呈松散～稍密狀態，局部夾薄層輕粉質壤土、淤泥等，粉砂層平均厚度15.58m。

2.3 測區地球物理特征

測區的主要介質為空氣、海水、塊石坡面及堤身填筑粉砂層（表1）。

表1 測區介質物性參數表

塊石坡面與堤身粉砂在物性上存在較大差異，前者呈高阻低介電的特性，后者電阻率相對較低，相對介電常數較高。分析表l 可知，測區具備開展地質雷達法的地球物理前提。

3 現場測試方案

3.1 探測方法

由于常規鉆探方法在拋石中鉆進困難，成本高、工期長，且只能在點上反映，無法反映隱患分布的連續性與整體性，因而本次利用地質雷達對該段海堤病險進行探測。地質雷達探測采用拖動式電波所LTD～2600 數字地質雷達，其具有高集成化、真數字式、高速、輕便、功耗低、頻帶寬、數據質量高、抗擾能力強、穿透性能好、適用范圍廣、探測深度大等特點。根據海堤實際情況及需要探測部位隱患分布情況，結合場地條件，首先對現場進行踏勘、調研、測量相結合，明確探測區域，然后采用地質雷達檢測技術，開展指定區域地下隱患檢測工作，識別、判定疏松、脫空和空洞等隱患。

3.2 測線布置

根據前期海堤隱患排查及施工單位初步鉆探情況，共布置雷達測線5 條，總長13.5km，其中消浪平臺2 條（測線1、2），外海側二級坡3 條（測線3～5）。限于篇幅，以樁號K9+655～K11+655 典型堤段為例，雷達測線平面布置如圖1 所示。

圖1 雷達測線平面布置圖

3.3 數據采集與處理

現場標定好測線，設定好地質雷達參數，對場地進行必要的清理后，以5km/h 勻速對檢測區域展開檢測，對重點區域、可疑區域進行加密掃描。

地質雷達檢測使用GroundVison2 數據采集軟件進行數據采集，Reflexw 二維數據處理軟件對數據文件進行了預處理、增益調整、濾波和成圖等處理，最終得到各測線的成果圖，并通過仔細判讀信息處理后的雷達圖像，對檢測波形的時間剖面、波形及振幅的變化規律的對比分析進行綜合評判。主要判定特征如下：（1）密實：信號幅度較弱，甚至沒有界面反射信號；（2）疏松：界面的強反射信號同相軸呈繞射弧形，并且不連續，錯斷；（3）空洞：界面反射信號強，三振相明顯，在其下部仍有強反射界面信號，兩組信號時程差較大。

3.4 探測結論

測區內海堤典型隱患部位探測圖譜與現場開挖后實況對比后，地質雷達檢測圖譜反映出的情況基本與現場一致。

通過數據整理、波形處理和波速解譯，結合現場檢測與驗證，樁號K9+655～K11+655 典型堤段地下隱患類別、位置等信息如圖2 和表2 所示。

表2 典型堤段地下隱患探測成果統計表

圖2 典型堤段隱患分布示意圖

4 工程加固方案

根據地質雷達檢測成果，結合周邊工程經驗，對研究段海堤不同隱患類型采用不同的處理方式對堤身進行加固，具體加固措施如下：

（1）對空洞區域，采用開挖回填的方式進行加固處理。空洞洞徑大于30cm 時，采用拋石回填；空洞洞徑小于30cm，則采用水泥摻量為10%的水泥土回填，并控制壓實度不低于0.95。

（2）對脫空區域，原則上采用坡面低壓注漿進行加固處理，當注漿加固難以有效充填時，則局部拆除坡面，回填10%水泥土。低壓注漿用漿液水灰比1.0～1.5，水玻璃摻量3%～6%（重量百分比），注漿壓力0.05MPa，每孔灌漿量不小于2.0m3。

（3）對疏松區域，采用低壓注漿進行加固處理，每孔灌漿量不小于1.0m3，其余漿液參數同前文。

5 結語

（1）本文結合啟東市江海產業園海堤加固工程，采用地質雷達對海堤潛在隱患部位進行探測，通過對雷達圖像的分析與解譯，查明了隱患分布情況，并被局部鉆探所驗證。

（2）塊石坡面與堤身粉砂層物性上的較大差異，是開展地質雷達探測的物理前提，同時工程區潮差較大，平均低潮位低于灘涂面，侯潮檢測可有效減輕海水對介質電性質的影響。

（3）根據不同海堤隱患類型，采用不同的處理方式對迎水坡進行加固處理。加固工程經受2021年第6 號臺風“煙花”的考驗，目前，工程完工近一年，加固效果良好。

（4）地質雷達作為工程物探的一種常用方法，本身具有一定的多解性，另外，海水的高電導率和高損耗性對地質雷達電磁波的吸收影響較大。對于類似工程，一方面應盡量選擇頻率較低的天線侯潮探測；另一方面，在有條件的情況下宜結合適量的鉆孔配合驗證■