综合物探方法在防汛墙检测方面的应用.doc

综合物探方法在上海市防汛墙检测方面的应用王书增 谭春上海市地质调查研究院（20072）摘要：上海市防汛墙的坚固与否，关系到上海市人民生命与财产的安全，而传统的钻孔取芯方法，由于具有技术与经济方面的不合理，通过物探的方法对防汛墙体进行了检测，取得了不错的应用效果。关键词：防汛墙 综合地球物理 地震方法 裂缝 疏松体1. 前言上海市位于长江口，黄浦江，苏州河穿越市区，汛期常受台风、高潮、暴雨侵袭，最高潮位高出地面2-3m。严重威胁市区安全。为确保城市安全，l988年8月经国务院批准立项，对上海市黄浦江防汛墙全面进行加高加固，市区形成封闭的安全区域。上海黄浦江中下游防汛墙总长318公里，防御能力达到“千年一遇挡潮标准”，是上海防汛的最主要防线之一。上海市区黄浦江干、支流两岸208km防汛墙有一半左右需要改建或新建，另一半需进行加高或加固，墙顶标高增高0.3l.lm。加固或改建后的防汛墙为一级水工建筑物，其结构形式为桩基承台式、斜坡式或其他形式，约占防汛墙总长度的1/3。上海防汛墙加固工程完成后，区防洪能力将从原来的接近百年一遇挡潮标准提高到千年一遇挡潮标准。在黄浦江中下游的一些防汛墙岸段，防汛墙墙头承重、墙脚泥土流失，容易出现“头重脚轻”的险情。2003年底，上海市水务局就防汛墙方面的安全措施制定了5个规范性文件：上海市水闸运行基本条件暂行规定、上海市海塘运行维修养护管理暂行规定、上海市黄浦江防汛墙维修养护技术和管理暂行规定、上海市黄浦江防汛墙安全鉴定暂行办法、上海市黄浦江防汛墙养护达标考评暂行办法。在处理防汛墙安全加固、加高的过程中，利用常规的钻孔方法进行钻探取芯，一方面是时间长，费用高，经济上不合理；另一方面，由于对墙体有破坏作用，造成墙体的损伤，在技术上不合理；第三，由于受全球气候变化的影响，上海的汛期与旱期变化无规律，采用常规的取芯手法，周期过长，在时间上不合理。综合以上各种原因，采取应用地球物理方法原理的无损检测手段对防汛墙体及其基础薄弱的区段进行检测，可以大大降低施工费用、同时在技术上也合理可行，而从时间上则可以避开施工期的旱涝变化周期，是一种可行的检测手段。应用地球物理方法对防汛墙公用岸段地方的隐患（空洞、裂缝等）进行探查，可以查明墙体地下由于自然或其它原因所造成的剥蚀、块石松动、墙体下沉、外移，倾斜等形成的原因及破坏的状况，为堤防工程隐患的防治提供准确的第一手资料。在上海进行防汛墙的地球物理检测，一般采用综合地球物理的方法，也就是说利用各种现代工程上可行的地球物理手段，分别对防汛墙的待检测段进行探查，通过各种方法互相印证的形式进行解释，最后得出结论。一般情况下，运用地质雷达，地震方法，高密度电法相结合的方式进行。2. 方法原理简介2.1高密度地震影像法高密度多波列地震影像法是采用锤击激发震源形式,在相距震源一定距离摆设检波器接收由地下反射回来的地震波,并由地震仪记录、存盘并加以显示，检波器通过人工控制的形式移动，来获得地下丰富的波动场特征资料，对采集到的资料在时间域和频率域进行处理分析，可以推断地下地层（物质）结构。2.2瞬态瑞雷波法瑞雷面波沿介质自由表面传播，由P波和SV波通过彼此干涉产生，瑞雷波的特征研究在理论上已比较成熟。瞬态瑞雷面波法勘探通过采集各频段瑞雷面波的垂向分量，再对采集到的面波资料经过处理，可得到地下各层介质的瑞雷面波速度和及其对应的频率。瑞雷面波速度与横波速度比较接近，并通过一定的函数关系互相对应。利用这一函数，可以获得横波速度，而由横波速度值来推断地下各层介质的物性特征。2.3高密度电阻率法在人工建立的直流电场中，观测垂直断面内自上而下的视电阻率及其变化趋势可以得出地下介质体物性特征。高密度电法便是通过观测这种视电阻率变化特征进行探测的一种物探方法。实际测量时将全部电极（几十根或是上百根）置于测点上，然后利用程控电极转换开关和电测仪便可实现数据的快速、自动采集，测量结果可实时处理并显示地电断面图。2.4地质雷达方法地质雷达（grownd pentrating/probing radar）简称GPR，是一种新型的、通过对地下目的物及地质现象进行高频电磁波扫描来确定其结构形态及位置并将扫描结果以灰阶或彩色等方式进行显示的地球物理探测方法。当目标体或者掩埋物与周围介质间存在着一定的电磁物性差异时，使用本方法具有很好的应用效果。3工程实例3.1苏州河长宁路-水城路防汛墙检测苏州河长宁路-水城路段防汛墙长250m，墙体为钢筋混凝土材料做成，基础为块石基础。由于建筑时间较长的缘故，部分墙体上出现裂缝，如图1所示，同时，墙体在建成之后便投入运营，长时间没有修缮，部分地下基础由于受降水的影响而出现疏松沉陷，如图2所示，要对损坏的墙体进行评估，同时也要圈定墙体受损坏的程度，地下基础出现疏松沉陷的区域范围进行划定，通过综合物探方法进行检测，取得了不错的效果。在有损坏的墙体中，通过地质雷达，采用高频率的天线，对墙体每2m布设一条雷达测线进行资料采集，对采集到的初步资料在现场进行简单的处理，在有异常的位置加密测线布置。最终找到所有裂缝或是有隐患的墙体。如图3所示为地质雷达测线测出的墙体裂缝雷达图像，从图像上可以看出，在距测线起点8-9m区域范围内，雷达同相轴不连续，深部的振幅增大，经过小钻孔取芯验证为穿透性裂缝。在地面，沿整个施工区域布设了高密度电法测线与地震影像测线，通过对比，在距3号电法测线40-43m位置处发现有低阻体（如图4），经推测，可能为地下基础疏松沉陷而引起苏州河水渗入，从而导致该低阻体的出现，同时，从该区域几条地震影像测线的成果资料中（如图5），也发现了该区域有地下空隙发育。后经钻孔取芯验证，该区域地下存在有一条漏水通道。图1 出现裂缝的防汛墙体Fig1 the crevasse on the flood wall图2 部分墙体地下基础出现沉陷Fig2 some of the cave in the floods foundation图3 墙体裂缝探测雷达成果图Fig3 the GPR of the flood walls crevasse图4 高密度电法防汛墙基础地电断面成果图Fig4 the geoelectric cross section of the high-density electrical on the floods foundation地下空隙发育区域图5 地震影像防汛墙基础检测成果图Fig5 the seismic image of the flood wall foundation3.2上海某部队黄浦江防汛墙检测上海某部紧临黄浦江边，其外侧护墙为黄浦江的防汛墙体。防汛墙由于修建时间较长，墙基础经过长时间的江水浸泡和冲刷，在迎水面一侧浆砌石护坡下发现有淘空现象，在涨潮时有江水渗透过防汛墙出现在背水面一侧。为查明防汛墙基础下是否有淘空、裂隙发育或疏松等现象。采用了综合物探方法对该防汛墙区段进行了检测。在迎水面一侧江边台阶，采用连续布设地质雷达测线的方法进行探测，而在背水面一侧，通过多种地震方法（影像、面波及横波）进行了探测，在有地震异常的区域，布设了数条高密度电法测线，以验证地震方法的探测结果。如图6所示为综合物探测线布置图，其中重点勘查段布设了地震与高密度电法测线。图6 上海某部防汛墙检测测线布设示意图Fig6 the measuring line installation plan of the flood walls exploration 通过检测发现，在距18号门往南90-102m处存在有渗漏点。图7所示为迎水面一侧地质雷达探测成果图，从图上可以看出，在距测线起点4m-6m范围内，雷达图像波形颜色变化明显，线扫描线不连续。经判断为浅部的渗水通道。而在该桩号对应的防汛墙背水面一侧，通过对所采集到的电法地电断面图与地震资料进行分析，也存在着同样的问题，如图8、9所示。图7 测线line2（桩号90-102）地质雷达成果剖面图Fig7 the GPR of the measuring line2(pile 90-102)图8 渗漏点地震资料成果图Fig8 the seismic image of the percolation 图9桩号85-205m高密度电阻率图Fig9 the geoelectric cross section of the high-density electrical on pile 85-205m对比图8、图9可以看出，在18号门往南0-98m处浅部地基已经过处理，浅部土层相对于其它段较疏松，表现在图像上为地震波速较小，并出现不少的多次反射，地层反射波相对其它区域增多。而表现在高密度电法的图像上则是低阻体封闭出现。4结束语从防汛墙安全保护的实际需要出发，强化防汛墙安全的行政管理职责，加强防汛墙的安全保护与防范工作，是现阶段防汛墙工作的重点，而通过一种有效的，无损的检测方法来为这种防患于未然的工作服务，是物探工作拓展新的工作领域的一种有效的途径。The Application of Integrate Physical Geography On Flood Prevention Wall s Quality DetectionWang ShuZeng Tan Chun(Shanghai Institute of Geological Survey 200072)Abstract:Whether the flood prevent of Shanghai is stout or not is referred to peoples lives and property . While the traditional coring drilling has a shortage of techn