综合物探方法在金山城市沙滩大堤安全隐患评价中的应用

王 波

（上海市金山区海洋海塘管理所 上海 201507）

城市堤防工程在社会发展中起着相当重要的作用,而地球物理勘探技术（以下简称物探）是堤防工程建设中的核心技术之一[1]。传统的边坡稳定性分析是以物探结果作为分析依据，因此物探的精准程度直接影响着后续安全稳定分析的可靠性。工程中应用较为广泛的物探方法有地质雷达法、瞬态面波法和地震映象法等[2]。其中地质雷达法具有无损、衰减小、浅层分辨率高等特点[3,4]。瞬态面波法具有探测速度快、抗干扰能力强、不受各地层速度关系影响等特点。地震映象法具备快速普查、有效测深可观、精度高等特点[5,6]。以上方法各具优劣，针对它们的特点取长补短，有效的综合应用于工程中，将会出现可观的效果。陈耀军[7]将瑞雷波法和地质雷达法综合应用在查找实际工程填埋垃圾充填边界中，准确地查明了垃圾填埋场充填边界的分布位置、分布形态等。王小永[8]简述了采用测量、开挖、地质雷达探测等方法，揭示了黄河焦作段堤防左堤69+000～78+100堤段背河堤肩和堤坡纵向裂缝的形态特征。邱红雷[9]采用多道瞬态面波法、地质雷达法对水泥土截渗墙进行综合检测,快速准确地反映出墙体孔洞、夹层等缺陷的位置、大小程度等。胡满堂[10]采用地质雷达法进行现场物探并结合土力学理论分析局部明显塌空及塌陷情况。

本文针对金山城市沙滩大堤出现填土掏空等现象，采用地质雷达法、多道瞬态面波法和地震映象法三种物探方法综合探测，以地质雷达法和地震映象法作为普查方法,进行全线探测,多道瞬态面波法作为局部异常区域辅助勘察方法，全面、细致地对大堤进行综合勘查。

1 工程概况及物探方法

1.1 工程概况

金山城市沙滩水库大堤于2006年建成，围堤长约3.421km。水库围堤典型断面如图1所示，围堤在运行过程中，发现在靠近临排管附近约50m的范围内堤顶道路下部，高程在2.8m以上，局部出现填土掏空的现象，现已经对发现问题的地段进行了处理。为了解整个水库围堤段下部吹填土、吹泥管袋等充填物的现状，采用地质雷达法作为普查方法,进行全线探测,若局部存在明显异常,采用多道瞬态面波法、地震映象法等对局部异常区域进行综合勘查。本次物探勘查共完成地质雷达测线2条，长度共计6726m，地震映象测线条，长度3353m，24道面波排列4条。

图1 水库围堤典型断面

图2 地质雷达反射波法探测原理图

图3 瞬态瑞雷波法地震勘探工作布置图

图4 顶测线布置示意图

图5 地质雷达探测解释图

表1 地震映像波形分析汇总表

图6 0+812排列面波波形图

图7 2+438排列面波波形图

1.2 物探勘查方法及技术原理

常见物探勘察方法有地质雷达法、瞬态面波法、地震映像法三种。

（1）地质雷达法

探地雷达利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式，由地面通过天线T送入地下，经过下地层或目的体反射后返回地面，为另一天线R接收（图2），脉冲波行程需时：，当现场测试的地下介质波速V为已知时，可根据测得的t值，由上式求出反射体的深度Z

（2）瞬态面波法

瑞雷波沿自由表面传播，由P波和SV波的不均匀平面波彼此干涉产生，当遇到不均匀地质体（如空洞等）会产生散射，散射的规模和程度与地质体或结构体的形态和规模有关。瞬态瑞雷波法勘探是采用重锤击发，将一串检波器等间距沿直线布置，接收面波信号的垂直分量（如图3）。

（3）地震映像法

地震映像法是近十年来用于探测浅部介质中纵、横向不均匀体的常用方法。不同于面波法有明确的勘查层，地震映像法是采集近震源处的弹性波场，在特殊情况下也能采集到反射波。利用这些波的振幅、相位、频率来体现勘探剖面下纵横向的不均匀体的特征。该方法数据采集方法简单，施工人员需要2-3人即可，具有很高的工作效率。

2 物探勘查工作布置

通过现场踏勘，堤顶宽约7m，其中距围堤内侧边2m为旋喷桩防渗墙，在防渗墙至围堤外侧之间沿围堤方向布设2条SIR-20型地质雷达配100Mhz天线的地质雷达测线，全线同时还布设一条地震映像测线。此外，在部分异常区域布设瞬态瑞雷面波，用以确定大堤的介质速度分层。现场按直线段50m间距布设标记点，弯曲段进行加密，并按上海城市坐标进行测量，现场标记线测点位置以50米的间距均匀布置。距现场标记线约1m的内侧进行地质雷达及地震映像探测，外侧进行地质雷达探测（图4）。

3 勘探结果分析

3.1 地质雷达测线结果分析

地质雷达法布设两条测线，在现场标记线内侧测线号为NLD，外侧测线号位WLD，探测方向均为从小桩号至大桩号。地质雷达探测主要侧重于浅部介质层位变化情况，图5为截取测线中一段典型特征图，其中彩色曲线表示层状介质的层位，不平直的彩色曲线表示下部层状介质层位出现一定的变化，白色线圈出的部分波组振幅较为散乱，表明介质不均匀、局部松散。

图8 3+088排列面波波形图

3.2 地震映像测线结果分析

兼顾瑞雷面波探测剖面的选取，地震映像法偏移距取8m时既能基本避开近震复杂源波场，又能有一定的能量即获得较高的信噪比。通过对波组同相轴连续性、能量、频率等参数变化进行分析，地震映像剖面总体分为7个区段，详见表1。

3.3 瞬态面波勘查结果分析

根据以上探测结果分析得出，还需选择4处局部位置进行瞬态面波勘查，以确定围堤下部介质的分层情况。其中零偏移距面波剖面如图6～图9所示。图中竖向小短线为现场混凝土路面分隔缝，从图中可以看出，波组在分隔缝两侧能量有明显差异，高频波经过分隔缝后衰减，低频波组能量减弱，且出现一定的频散，在分隔缝处出现较明显的散射波组，说明混凝土路面分隔缝对面波传播产生一定的影响。

4 结论

图9 3+438排列面波波形图

综合采用地质雷达法、地震映象法和瞬态面波法对金山城市沙滩大堤进行了物探勘查，对探测结果进行了推断解释。推断出的对大堤不利的异常位置，便于海塘堤防的日常管理。需要重点关注测段为：

（1）桩号2+800～2+834段位于东南角拐弯段防渗墙之间，地震映象显示该段波组散乱、低频波组较发育且同相轴不连续，地质雷达也表现出明显异常，推断该范围深约8m以浅介质疏松严重。

（2）2+732～2+783段，深约 4.5m以浅波组较连续、正常，约5m以下低频波组发育，推断该范围介质疏松较严重。

（3）2+500～2+640段浅部波组较连续，深约6m～8m范围低频波组较发育，波组同相轴较连续，推断该范围介质存在疏松的趋势。

目前大堤尚在正常运行中，受到潮位、地下水位变化、波浪冲刷以及道路行车震动等影响，可能会产生进一步影响和变化，通过本次探查圈出的异常区域，今后海塘日常管理中要加强日常巡查和观测。本次探测大堤表层为厚约0.9m的混凝土及砌石等高速体，下部为波速较低的吹填土，对雷达电磁波以及地震波的传播造 成 一 定 的 不 利 影 响 ，0+812、2+438、3+088以及3+438部位需重点关注，需要对介质疏松较严重的区域进行验证和处理，以确保大堤的安全运行。陕西水利

[1]刘云祯．工程物探新技术［M］．北京：地质出版社，2006．

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