堤防隱患處理效果探測技術(shù)研究

王恒山

（河南省沙潁河工程管理局 漯河 462003）

自古以來，河道堤防作為抗御洪水的重要屏障，沿河人民為避免受洪災(zāi)影響根據(jù)河道出現(xiàn)的最高洪水位不斷加高河道堤防。根據(jù)國家防汛抗旱總指揮部統(tǒng)計，我國目前有各類堤防2.65×105km，而這些堤防大多數(shù)是在歷史矮堤或民堤的基礎(chǔ)上經(jīng)過多次加高加固培修而成，限于當(dāng)時經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件的限制，堤防質(zhì)量參差不齊，存在很多隱患。同時，工程在運(yùn)行過程中經(jīng)常受到動、植物和洪水的破壞，時有裂縫、洞穴、塌坑、管涌等險情出現(xiàn)，嚴(yán)重威脅沿河國家和人民群眾的生命財產(chǎn)安全與社會穩(wěn)定。針對河道堤防工程存在的隱患，采取什么方法為堤防工程隱患進(jìn)行診斷、治療，成為廣大水利工作者長期以來研究的課題。

1 堤防隱患探測系統(tǒng)原理及探測研究成果

1.1堤防隱患探測系統(tǒng)儀器原理

筆者所在單位引進(jìn)了GHG—Ⅲ堤防隱患探測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用高密度電阻率法，以多電位測量為主，即溫納裝置、偶極裝置、斯龍倍格裝置、二極裝置、單邊三極裝置。多電位測量中，在堤防上等間距布設(shè)一定數(shù)量的電極（如下圖溫納裝置），通過供電電極AB向下供以I安培的電流，在測量電極MN之間便可形成電位△U，由電位差△U可計算其電阻率ρs。

1.2堤防隱患探測實驗及實測開挖對比

為研究掌握堤防隱患探測規(guī)律，總結(jié)出一套完善可靠的科學(xué)判斷方法，首先在廢棄的河道堤防上開挖一些模擬洞穴、預(yù)埋松散體、沙窩、腐朽的植物根等隱患，然后用GHG—Ⅲ堤防探測儀進(jìn)行反復(fù)探測分析，總結(jié)出各種隱患在視電阻率剖面圖上的反映情況，為確定隱患類型和選擇隱患處理的最佳方案提供依據(jù)。

通過模擬洞穴13處，實測沙河右堤長11.3km，確定洞穴12處并開挖對比，其判斷準(zhǔn)確率為98.7%;模擬堤防松散體7處，實測沙河左堤長15.67km，確定堤防松散體6處、洞穴7處，經(jīng)開挖對比，判斷精度達(dá)97.6%；模擬堤防裂縫16處，實測沙河左右岸堤防長26.87km，確定堤防縱橫裂縫129處，隨機(jī)對其中的23處裂縫開挖對比，判斷準(zhǔn)確率達(dá)100%。

1.3探測數(shù)據(jù)處理及探測研究成果

1.3.1探測數(shù)據(jù)處理分為普通數(shù)據(jù)處理和詳細(xì)數(shù)據(jù)處理

普通數(shù)據(jù)處理流程為：數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換→非值剔除→數(shù)據(jù)抽取→曲線連接→成圖→分析

詳細(xì)數(shù)據(jù)處理流程為：數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換→非值剔除→網(wǎng)格化處理→生成圖形文件→成圖→分析計算→繪制成果圖

普通數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容是為繪制測段視電阻率曲線圖，根據(jù)曲線圖標(biāo)出異常點和異常段，對異常點和異常段進(jìn)行綜合評判，分析計算出異常的性質(zhì)及水平位置和埋深。通過試驗和實測開挖對比，探測儀器提供的隱患埋深與實際埋深相去甚遠(yuǎn)，對所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并建立數(shù)學(xué)模型，再與實際探測結(jié)果進(jìn)行比對，可以總結(jié)出準(zhǔn)確的判斷隱患埋深公式。

詳細(xì)數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容是利用計算機(jī)對視電阻率進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后劃分出相同等級強(qiáng)度的剖面圖，制成彩色色譜圖。根據(jù)不同的高阻色塊，確定隱患為何種隱患形式存在。

1.3.2探測研究成果

通過對堤防隱患存在形式的探測研究，總結(jié)出判斷隱患類型及其所處位置的公式。

1.3.2.1隱患類型判斷公式

CT掃描需要較長的時間，這個過程中，掃描對象如果發(fā)生形狀、位置的變化，會降低CT成像質(zhì)量。運(yùn)動偽影主要分為剛體運(yùn)動偽影和非剛體運(yùn)動偽影。

ρ異為異常電阻率，ρ正為堤防正常電阻率。

當(dāng)K=1.8～2.6時，在視電阻率曲線圖中表現(xiàn)為近似圓形或橢圓形的高阻閉合圈，此種隱患為洞穴隱患。

當(dāng)K=0.6～0.8時，在視電阻率曲線圖中表現(xiàn)為相對低阻閉合圈，該種隱患為松散體隱患。

當(dāng)K=1.2～1.3時，在視電阻率曲線圖上呈條帶狀異常形態(tài)，此種隱患為裂縫隱患。

1.3.2.2隱患埋深公式

在視電阻率曲線圖上顯示隱患埋深為aρmax，而實際埋

2 堤防隱患處理效果探測技術(shù)研究

2.1堤防隱患處理方案的選擇

壓力灌漿是處理堤防隱患的有效措施，利用壓力使?jié){液通過輸漿管和鉆孔注入到堤體隱患中，漿液在壓力作用下，析水后不僅能起到充填裂縫和其他隱患的作用，而且能和土體密實膠結(jié)，達(dá)到加固和防滲的目的。具體做法是根據(jù)堤防隱患的分布，設(shè)計注孔部位和深度，使用粘土和粉質(zhì)粘土制漿。鉆孔深度以隱患深度為準(zhǔn)，一般大于隱患深度1m，采用垂直孔，在不塌孔條件下亦可以采用斜孔。針對堤防存在的各種隱患采用不同的灌漿壓力進(jìn)行處理比較，通過反復(fù)實驗、分析比對，采用的注漿注點最大壓力公式為：ρ

式中：P——允許最大灌漿壓力（MPa）；

ρd——灌漿孔段土層干密度，可采用1.4～1.6g/cm3；

K——系數(shù)，對砂質(zhì)土取1.0，粘土取2.0；

H——灌漿孔段埋深（m）。

為確保堤防隱患處理達(dá)到理想的效果，在實驗段反復(fù)對鉆孔布設(shè)、孔距、孔口壓力、泥漿密度、粘度、膠體率、添加劑等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整實驗，每次實驗結(jié)束60d后對實驗段進(jìn)行復(fù)測、開挖取樣后，進(jìn)行土工試驗，從而選定了實施壓力灌漿的各種技術(shù)參數(shù)。

2.2堤防隱患處理措施及主要技術(shù)參數(shù)

在確定了正確的隱患處理方案和選取科學(xué)的技術(shù)參數(shù)后，結(jié)合當(dāng)時的成堤和沙河現(xiàn)有堤頂寬度不超過8m的實際情況，采取了就地選取粘土或粉質(zhì)粘土土料對堤防隱患實施處理。

2.2.1對堤防松散體的處理

沙河右岸6+890～7+280段堤防由于堤身內(nèi)存在大面積松散體，汛期高水位時滲水嚴(yán)重。在堤面上布孔時沿堤身縱向布置4排灌漿孔，梅花型布設(shè)，排距1.5m，孔距2m。在拌制泥漿的過程中，在漿液中加入水玻璃（Na2O·nSiO2），控制泥漿密度1.2～1.6g/cm3,粘度為20～80s,膠體率大于85%。灌漿時分三序灌注，先灌兩側(cè)的兩排孔，然后再灌中間兩排；灌漿時遵循“先稀后稠，分序灌注”的原則?？刂瓶卓趬毫?.1～0.15MPa。

2.2.2對堤防裂縫的處理

在堤防裂縫較多的沙河左岸10+460～10+790堤段，在堤面上沿堤身縱向布置3排灌漿孔，梅花型布孔，排距1.5m，孔距2m。在拌制泥漿的過程中，加入羧基纖維素以增加漿液的粘性，泥漿密度為1.3～1.6g/cm3,粘度為30～100s,膠體率大于90%，灌漿時分兩序灌注，先灌外側(cè)的兩排孔，然后再灌中間排；灌漿時遵循“先稀后稠，分序灌注”的原則?？刂瓶卓趬毫?.05～0.1MPa。

2.2.3對堤防洞穴的處理

沙河左岸堤防15+092～16+432段存在有較多的松散體，而且堤防裂縫較多，并含有少量的洞穴。在堤面上沿堤身縱向布置4排灌漿孔，梅花型布孔，排距1.5m，孔距1.5m。拌制泥漿過程中，在漿液中加入碳酸鈉以提高粘土顆粒表面負(fù)電荷，增大排斥力，使顆粒容易、迅速、完全分散，提高漿液的穩(wěn)定性和流動性，泥漿密度為1.3～1.6g/cm3，粘度為30～100s，膠體率大于85%。灌漿時分三序灌注，先灌兩側(cè)的兩排孔，然后再灌中間兩排；灌漿時遵循“先稀后稠，分序灌注”的原則?？刂瓶卓趬毫?.1～0.15MPa。

2.3堤防隱患處理前后對比

根據(jù)沙潁河治理設(shè)計的要求，對沙河兩岸欲灌漿處理的堤段實施探測后，對存在隱患的堤防嚴(yán)格控制灌漿孔口壓力、泥漿密度、粘度、膠體率進(jìn)行灌漿處理。灌漿完成后，按照有關(guān)規(guī)范的要求，在灌注段泥槳析水60d，基本恢復(fù)到正常堤防含水量后，對此段堤防進(jìn)行復(fù)測，復(fù)測后所獲得的視電阻率曲線圖顯示，原存在隱患堤段的視電阻率曲線圖變異區(qū)明顯消失，曲線圖平順連接，其視電阻率達(dá)到或接近正常堤防的視電阻率。為進(jìn)一步確認(rèn)處理效果，在處理后的部分隱患處提取土樣進(jìn)行干容重測試。松散體和裂縫區(qū)處理后的干容重達(dá)到了正常堤防水平，洞穴隱患處理后的干容重接近正常堤防，略低于正常堤防0.13kg/cm3，也達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

3 結(jié)語

采用HGH—Ⅲ堤防隱患探測系統(tǒng)對堤防實施探測，是確定堤防隱患埋深、存在形式的有效手段。根據(jù)堤防隱患存在形式，在控制最佳的注漿注點最大壓力、泥漿密度、粘度、膠體率等參數(shù)下實施灌漿處理，取得了良好效果，實現(xiàn)了在經(jīng)濟(jì)上合理、技術(shù)上可行、施工方便、長期運(yùn)行可靠的原則，對其它河道堤防實施隱患探測及隱患處理提供了可靠的技術(shù)保證，具有良好的推廣應(yīng)用前景■