堤防隐患处理效果探测技术研究

王恒山

（河南省沙颍河工程管理局 漯河 462003）

自古以来，河道堤防作为抗御洪水的重要屏障，沿河人民为避免受洪灾影响根据河道出现的最高洪水位不断加高河道堤防。根据国家防汛抗旱总指挥部统计，我国目前有各类堤防2.65×105km，而这些堤防大多数是在历史矮堤或民堤的基础上经过多次加高加固培修而成，限于当时经济、技术条件的限制，堤防质量参差不齐，存在很多隐患。同时，工程在运行过程中经常受到动、植物和洪水的破坏，时有裂缝、洞穴、塌坑、管涌等险情出现，严重威胁沿河国家和人民群众的生命财产安全与社会稳定。针对河道堤防工程存在的隐患，采取什么方法为堤防工程隐患进行诊断、治疗，成为广大水利工作者长期以来研究的课题。

1 堤防隐患探测系统原理及探测研究成果

1.1堤防隐患探测系统仪器原理

笔者所在单位引进了GHG—Ⅲ堤防隐患探测系统，该系统采用高密度电阻率法，以多电位测量为主，即温纳装置、偶极装置、斯龙倍格装置、二极装置、单边三极装置。多电位测量中，在堤防上等间距布设一定数量的电极（如下图温纳装置），通过供电电极AB向下供以I安培的电流，在测量电极MN之间便可形成电位△U，由电位差△U可计算其电阻率ρs。

1.2堤防隐患探测实验及实测开挖对比

为研究掌握堤防隐患探测规律，总结出一套完善可靠的科学判断方法，首先在废弃的河道堤防上开挖一些模拟洞穴、预埋松散体、沙窝、腐朽的植物根等隐患，然后用GHG—Ⅲ堤防探测仪进行反复探测分析，总结出各种隐患在视电阻率剖面图上的反映情况，为确定隐患类型和选择隐患处理的最佳方案提供依据。

通过模拟洞穴13处，实测沙河右堤长11.3km，确定洞穴12处并开挖对比，其判断准确率为98.7%;模拟堤防松散体7处，实测沙河左堤长15.67km，确定堤防松散体6处、洞穴7处，经开挖对比，判断精度达97.6%；模拟堤防裂缝16处，实测沙河左右岸堤防长26.87km，确定堤防纵横裂缝129处，随机对其中的23处裂缝开挖对比，判断准确率达100%。

1.3探测数据处理及探测研究成果

1.3.1探测数据处理分为普通数据处理和详细数据处理

普通数据处理流程为：数据格式转换→非值剔除→数据抽取→曲线连接→成图→分析

详细数据处理流程为：数据格式转换→非值剔除→网格化处理→生成图形文件→成图→分析计算→绘制成果图

普通数据处理的主要内容是为绘制测段视电阻率曲线图，根据曲线图标出异常点和异常段，对异常点和异常段进行综合评判，分析计算出异常的性质及水平位置和埋深。通过试验和实测开挖对比，探测仪器提供的隐患埋深与实际埋深相去甚远，对所获得的数据进行分析并建立数学模型，再与实际探测结果进行比对，可以总结出准确的判断隐患埋深公式。

详细数据处理的主要内容是利用计算机对视电阻率进行数据处理后划分出相同等级强度的剖面图，制成彩色色谱图。根据不同的高阻色块，确定隐患为何种隐患形式存在。

1.3.2探测研究成果

通过对堤防隐患存在形式的探测研究，总结出判断隐患类型及其所处位置的公式。

1.3.2.1隐患类型判断公式

CT扫描需要较长的时间，这个过程中，扫描对象如果发生形状、位置的变化，会降低CT成像质量。运动伪影主要分为刚体运动伪影和非刚体运动伪影。

ρ异为异常电阻率，ρ正为堤防正常电阻率。

当K=1.8～2.6时，在视电阻率曲线图中表现为近似圆形或椭圆形的高阻闭合圈，此种隐患为洞穴隐患。

当K=0.6～0.8时，在视电阻率曲线图中表现为相对低阻闭合圈，该种隐患为松散体隐患。

当K=1.2～1.3时，在视电阻率曲线图上呈条带状异常形态，此种隐患为裂缝隐患。

1.3.2.2隐患埋深公式

在视电阻率曲线图上显示隐患埋深为aρmax，而实际埋

2 堤防隐患处理效果探测技术研究

2.1堤防隐患处理方案的选择

压力灌浆是处理堤防隐患的有效措施，利用压力使浆液通过输浆管和钻孔注入到堤体隐患中，浆液在压力作用下，析水后不仅能起到充填裂缝和其他隐患的作用，而且能和土体密实胶结，达到加固和防渗的目的。具体做法是根据堤防隐患的分布，设计注孔部位和深度，使用粘土和粉质粘土制浆。钻孔深度以隐患深度为准，一般大于隐患深度1m，采用垂直孔，在不塌孔条件下亦可以采用斜孔。针对堤防存在的各种隐患采用不同的灌浆压力进行处理比较，通过反复实验、分析比对，采用的注浆注点最大压力公式为：ρ

式中：P——允许最大灌浆压力（MPa）；

ρd——灌浆孔段土层干密度，可采用1.4～1.6g/cm3；

K——系数，对砂质土取1.0，粘土取2.0；

H——灌浆孔段埋深（m）。

为确保堤防隐患处理达到理想的效果，在实验段反复对钻孔布设、孔距、孔口压力、泥浆密度、粘度、胶体率、添加剂等技术参数进行调整实验，每次实验结束60d后对实验段进行复测、开挖取样后，进行土工试验，从而选定了实施压力灌浆的各种技术参数。

2.2堤防隐患处理措施及主要技术参数

在确定了正确的隐患处理方案和选取科学的技术参数后，结合当时的成堤和沙河现有堤顶宽度不超过8m的实际情况，采取了就地选取粘土或粉质粘土土料对堤防隐患实施处理。

2.2.1对堤防松散体的处理

沙河右岸6+890～7+280段堤防由于堤身内存在大面积松散体，汛期高水位时渗水严重。在堤面上布孔时沿堤身纵向布置4排灌浆孔，梅花型布设，排距1.5m，孔距2m。在拌制泥浆的过程中，在浆液中加入水玻璃（Na2O·nSiO2），控制泥浆密度1.2～1.6g/cm3,粘度为20～80s,胶体率大于85%。灌浆时分三序灌注，先灌两侧的两排孔，然后再灌中间两排；灌浆时遵循“先稀后稠，分序灌注”的原则。控制孔口压力为0.1～0.15MPa。

2.2.2对堤防裂缝的处理

在堤防裂缝较多的沙河左岸10+460～10+790堤段，在堤面上沿堤身纵向布置3排灌浆孔，梅花型布孔，排距1.5m，孔距2m。在拌制泥浆的过程中，加入羧基纤维素以增加浆液的粘性，泥浆密度为1.3～1.6g/cm3,粘度为30～100s,胶体率大于90%，灌浆时分两序灌注，先灌外侧的两排孔，然后再灌中间排；灌浆时遵循“先稀后稠，分序灌注”的原则。控制孔口压力为0.05～0.1MPa。

2.2.3对堤防洞穴的处理

沙河左岸堤防15+092～16+432段存在有较多的松散体，而且堤防裂缝较多，并含有少量的洞穴。在堤面上沿堤身纵向布置4排灌浆孔，梅花型布孔，排距1.5m，孔距1.5m。拌制泥浆过程中，在浆液中加入碳酸钠以提高粘土颗粒表面负电荷，增大排斥力，使颗粒容易、迅速、完全分散，提高浆液的稳定性和流动性，泥浆密度为1.3～1.6g/cm3，粘度为30～100s，胶体率大于85%。灌浆时分三序灌注，先灌两侧的两排孔，然后再灌中间两排；灌浆时遵循“先稀后稠，分序灌注”的原则。控制孔口压力为0.1～0.15MPa。

2.3堤防隐患处理前后对比

根据沙颍河治理设计的要求，对沙河两岸欲灌浆处理的堤段实施探测后，对存在隐患的堤防严格控制灌浆孔口压力、泥浆密度、粘度、胶体率进行灌浆处理。灌浆完成后，按照有关规范的要求，在灌注段泥桨析水60d，基本恢复到正常堤防含水量后，对此段堤防进行复测，复测后所获得的视电阻率曲线图显示，原存在隐患堤段的视电阻率曲线图变异区明显消失，曲线图平顺连接，其视电阻率达到或接近正常堤防的视电阻率。为进一步确认处理效果，在处理后的部分隐患处提取土样进行干容重测试。松散体和裂缝区处理后的干容重达到了正常堤防水平，洞穴隐患处理后的干容重接近正常堤防，略低于正常堤防0.13kg/cm3，也达到了预期目标。

3 结语

采用HGH—Ⅲ堤防隐患探测系统对堤防实施探测，是确定堤防隐患埋深、存在形式的有效手段。根据堤防隐患存在形式，在控制最佳的注浆注点最大压力、泥浆密度、粘度、胶体率等参数下实施灌浆处理，取得了良好效果，实现了在经济上合理、技术上可行、施工方便、长期运行可靠的原则，对其它河道堤防实施隐患探测及隐患处理提供了可靠的技术保证，具有良好的推广应用前景■