堤防工程质量评价方法及应用研究

王成俊 南京市水利建筑工程检测中心有限公司

本工程为天津市某河道段，质量评价范围为400m。主要包括堤基质量检查和堤身隐患探测，以确保堤防结构安全稳定和渗流稳定。

1.堤基质量

本次堤基勘察采用钻探取样、原位测试和土工试验相结合的勘探手段，勘察孔定位采用全站仪施测定位。钻探采用XY-150型钻机1台，钻探取样采用薄壁取土器，静压方式取样，采取的土样均为Ⅰ、Ⅱ类土样；室内土工试验采用南京土壤仪器厂生产的系列土工试验仪器设备，土工试验包括常规物理、力学指标试验、剪切试验及水质分析试验等。

1.1 堤基工程条件

该河流场地所处地貌类型属滨海相海积、冲积平原。堤基勘察方法包括原位试验、现场取样、室内土工试验等，结合以上方法的试验数据分析比较，较为完整地反映土层分布特征。在深度10.0m范围内，地基土属第四系人工填土层（Q）、全新统陆相冲积层、海相沉积层（Q），可分为3个大层，按物理力学指标及岩土特征可细分为3个亚层，主要特征按层序自上而下包括①Q素填土：黄褐色，松散，以粘性土为主；④Q粘土：黄褐色，可塑，含铁质；⑥Q淤泥质粉质粘土：灰色，可塑，含贝壳。

1.2 堤基地层承载力

根据土工试验、标准贯入测试的统计结果，结合当地建筑经验，本场地地基土承载力特征值f评价见表1。

表1 各地基土承载力特征值fak统计表

1.3 堤基层均匀性

根据勘探结果分析，该场地土在垂直方向成层分布，各层土体厚度及性能在水平方向无明显变化，从整个场地看各层厚度略有起伏，总体上属均匀场地土，土的工程特性差异性不显著，属均匀性地基。

2.堤身质量

本次工作采用地质雷达，对该段堤防堤顶、迎水坡、背水坡的结构内部可能存在的隐患进行探测，目的是查明堤防堤身内部存在的不密实、脱空、液化区等不良地质体。

2.1 测线布置

本次在河道检测段布置了9 条雷达测线（图1），测线1～4是顺公路检测线，长度400m；5～9是横测线，测线长度20 m，分别布置在长测线的5m、100m、200m、300m、400m的位置。

图1 雷达测线布置图

2.2 探测方法

雷达地质探测技术的基础是探测对象与其周围物质对电磁波的传导性能存在差异。利用发射天线向探测对象发射高频脉冲电磁波，电磁波在经过不同介质的传播、反射后形成直达波和反射波，由接收天线接收。根据接收电磁波的波形特征和不同介质的传播差异，分析接收波的频率、振幅、相位等特征，从而确定检测对象内隐蔽体的位置。雷达地质探测技术具有检测效率高、抗干扰能力强、可实现无损检测等优点，在地基探测中应用效果较好。

2.3 探测仪器及技术参数

本次检测采用美国地球物理测量系统公司生产的SIR-3000型地质雷达，该系统是时间域地质雷达系统，检测天线频率40MHz，发射频率12kHz，扫描采样点数1024，记录长度700ns，设有低通-无限响应滤波器和高通-无限响应滤波器。

2.4 数据处理和解译

本次雷达数据处理是采用WINRAD专用雷达数据处理软件，常规处理流程如下：

数据采集→数据传输→水平均衡→零漂校正→滤波除杂→计算频率、振幅→滤除绕射信号→增益处理→标定坐标→输出检测图像。实际进行数据处理时，根据资料的品质特征选择了合理的数据处理步骤，进行资料处理分析。

电磁波通过发射天线向堤身发射雷达波，遇到存在明显介电性差异介质时就会出现强反射或散射，表现为当堤防存在脱空或不密实等隐患时，雷达波同相轴显示存在不连续、错断、振幅异常强区域；当堤防不存在隐患且堤身土体分布均匀时，则雷达波同相轴连续性好，波向和振幅一致性均较好，电磁波衰减均匀，无畸变雷达波信号存在。

2.5 探地雷达现场检测

现场检测时，首先在地面标志出设计的雷达探测线，设计5m为一个控制点，检测天线沿设计测线贴面连续检测，为消除天线走动不均匀造成的影响，每5m按动标记开关，以便准确控制剖面位置。

2.6 探测结果与分析

检测区域存在大型特高压线和其它电力、电话线，对地质雷达波存在较强的电磁干扰，覆盖面较广，较强覆盖了有效信号，此类干扰信号后期反复处理仍无法有效去除，信噪比较低，在本次探测的所有测线上均有明显反映，此类信号异常不作为堤身异常来解释，予以排除。

（1）测线1探测结果。图2是堤防测线1雷达探测剖面图，测线1位于堤防迎水坡的坡面上，探测结果显示大型特高压线和其它交叉电力线对雷达波探测存在干扰，表现在测线20m的中心位置存在一处强烈的雷达波反射信号，呈双曲线弧状，此处测线上方为大型特高压输电线，对雷达电磁波信号干扰强，覆盖了地层的有效信号；同时，在长测线60m、120m、190m、240m、300m、360m、390m的中心位置均存在规则的X型交叉干扰信号，干扰信号强度没有大型高压输电线干扰信号强，是由周围交叉电力线干扰引起。除这次干扰信号外，电磁波传播速度均匀、连续，无明显强反射区域，表明测线1的下方地层的连续性良好，堤身没有明显的隐患存在。

图2 测线1雷达探测成果剖面图

（2）测线2探测结果。测线2位于堤防公路迎水面一侧，靠近公路的边沿，探测结果显示测线2存在和测线1同样的电磁干扰信号，隶属于同一干扰源，除此外无明显的其它雷达波异常信号存在，表明测线2的下方地层的连续性良好，堤身无明显的隐患存在。

（3）测线3探测结果。图3是堤防测线3雷达探测剖面图，测线3位于堤防公路的中轴线上，探测结果显示测线3存在和测线1、2同样的电磁干扰信号，隶属于同一干扰源。除此外，新旧堤防的结合面存在3处不密实区域，主要分布测线75～95m、205～220m和265～275m的范围，表现为雷达波同相轴不连续，振幅变强，波长变粗，电磁波视频率低，推测该3处堤段的新旧堤防结合面压实度不足，欠密实，结合面的含水率相对周围堤身较高。

图3 测线3雷达探测成果剖面图

（4）测线4 探测结果。图4 是堤防测线4雷达探测剖面图，测线4 位于堤防公路背水面的一侧，靠近公路的边沿，探测结果显示测线4 存在和测线1、2、3同样的电磁干扰信号，隶属于同一干扰源。测线4 存在4 处不密实异常，主要分布测线85～95m、205～220 m、260～280m和315～340m的范围，表现为雷达波同相轴不连续，振幅变强，波长变粗，电磁波视频率低，推测该4 处堤段为新旧堤防结合面欠密实、压实度不足，相对周围堤身含水率较高。

图4 测线4雷达探测成果剖面图

（5）横测线探测结果。图5是堤防测线5、6、7、8、9横测线探测剖面，方向从背水坡向迎水坡，测线布置在长测线5m、100m、200m、300m、400m的位置。探测结果显示背水坡段雷达反射能量较强，推测是背水破的土体不均匀引起；在路面上的雷达波同相轴连续，振幅、波向一致性均较好，没有明显异常；迎水坡段雷达波同相轴总体连续，振幅、波向一致性较好，但雷达波形相对路面段较粗，是因为迎水坡土体的介电常数相对路面段较高，雷达波传播速度变慢，电磁波视频率低的缘故，故横测线5～9的下方堤身无明显隐患。

图5 测线5、6、7、8、9雷达探测成果剖面图

通过地质雷达法对堤防进行探查表明：被检测段堤防堤身总体良好，没有明显的规模较大的隐患存在，局部存在小规模的不密实区域，主要产生在新旧堤防的结合面，推测可能是新旧堤防结合面压实度不足或结合面高含水所致。

3.结论

通过钻探取样、原位测试与土工试验相结合的勘探手段，以及探地雷达等技术对堤基、堤身进行全面检查、随机抽查、重点勘察，并依据《堤防工程安全评价导则》（SL/Z 679-2015）中相关规定与内容，形成如下评价结论：工程质量未完全达到标准要求，且未发现影响工程安全的质量缺陷。