FD-2000分布式智能堤坝隐患综合探测仪

FD-2000分布式智能堤坝隐患综合探测仪摘要：在山东黄河堤防工程中，使用电法物探技术进行堤防隐患探测，取得良好的应用效果，文章介绍了使用电法探测仪器FD-2000分布式智能堤坝隐患综合探测仪的测试方法及技术和应用关键词：黄河堤防；隐患；探测技术；应用1、山东黄河堤防工程隐患探测使用仪器及技术原理1.1FD-2000分布式智能堤坝隐患综合探测仪山东黄河堤防工程隐患探测工作使用山东黄河河务局研制的FD-2000A型分布式智能堤坝隐患综合探测仪，数据的分析处理采用ZWZ-2堤防隐患电法探测资料专用软件。

该系统具有“四极滚动快速隐患定位”、“高密度自适应小MN装置隐患详查”、“恒定电流场源探测堤坝漏水”、“二次场动态测量”等独特功能；实现了宽范围动态补偿、双重极化电位抑制、无通道零飘等独特设计。

“FD-2000分布式智能堤坝隐患综合探测仪”，于2005年12月20日通过了山东省科学技术厅组织的科技鉴定。

1.2堤防隐患探测技术原理⑴普通探测（四极剖面法）普通探测采用“四极滚动快速隐患定位法”，该方法是用对称四极装置做剖面测量。

供电电极AB和测量电极MN以测点O为中心，对称地布设在测线上，AO＝BO，MO＝NO。

对称四极的装置系数为：Ｋ＝π×AM×AN／MN“四极滚动快速隐患定位法”测得的视电阻率ρS值，是各测点在一定深度（确切地说是AB/2）范围内整体的ρS值，其成果图是以各测点的ρS值为纵坐标，桩号或水平距离为横坐标的单根曲线。

根据异常系数判别标准可确定隐患异常点的位置，从曲线形态可推断隐患性质，并能用经验公式估算隐患埋藏深度。

凡相对异常系数K=异常点视电阻率值/正常视电阻率值（背景值）大于1.20的点均可作为异常点（仅对高阻异常）,一般都是隐患的反映。

该法根据被测堤坝的几何尺寸，合理设定供电电极A、B、测量电极M、N 的极距和测点间距，使打下的电极可重复利用，一次打下多根电极，测量过程中，只移动仪器，不移动电极。

每测完一点，四个电极夹同时向前移动一个测点，夹在相应的电极上，如此逐点测量，犹如四个测极在沿测线滚动，使探测操作简单快捷。

⑵详细探测（高密度电法）详细探测采用“高密度自适应小MN装置隐患详查法”（高密度电法）是一种以岩土体导电性差异为基础的一类阵列勘探方法，研究在人工施加电场的作用下地层中的传导电流以达到解决各类地质问题的目的。

当地下介质间电阻率存在较大差异时，人工施加电场作用下的传导电流的分布会因电阻率的高低而分布有疏有密，传导电流的分布与地下介质（土性、裂缝、孔洞等）的性质、大小、埋深等赋存状态各因素有着密切的关系。

因此从探测到的传导电流的分布规律可以分析地下电阻率在不同区域间的变化，从而可以反演推测地下的地质情况，尤其是地下裂缝、孔洞、松散带等不良地质体的发育情况。

高密度电法进行二维地电断面测量，兼具剖面法与测深法的功能，有点距小、采样密度高的特点，实测时，一次布好所有电极，电极切换工作由仪器自动控制，敷设一次导线后可进行多个记录点的数据观测，其信息量大、工作效率高。

该法适用于堤防隐患详细探测。

2、山东黄河堤防工程隐患探测作业方法2.1地质概况和地球物理条件山东黄河大堤均为黄河冲积平原，地势较为平坦，临河主要为耕地，临河近堤处地势较为低洼，背河主要分布有村庄，局部有耕地、坑塘。

从筑堤土质情况来看，主要为砂壤土、壤土、粘土及砂土等组成，其中以砂壤土及壤土为主，夹粘土块（带）及砂土。

由于碾压密实度偏低，新旧结合不好而出现堤身裂缝；或由于筑堤土质级配较差，土质含砂量高而形成的松散土层或孔洞；或由于筑堤时部分填土含水率偏高，后经风化干缩而引起局部干缩裂缝均为本堤段的主要隐患所在。

山东黄河大堤堤身一般由砂壤土、壤土、粘土组成，其中以砂壤土及壤土为主，坝体宏观上可视为均质体。

当堤身存在不良土质（如砂土夹层或透镜体）或裂缝、洞穴、松散土层等隐患时，均质体遭到破坏，隐患将引起视电阻率（ρs）的异常变化，从而呈现高阻异常，具备采用直流电法探测堤防隐患的地球物理条件。

2.2资料整理与分析1.资料整理（制图）依据对称四极普测数据，以各测点的ρs值为纵坐标，桩号为横坐标,以两种比例尺（比例尺1:4000，1000米／幅；比例尺1:500，100米／幅）绘制视电阻率曲线图。

并根据K≥1.20查出其中的异常点。

依据异常点段的详测数据，以各测点的ρs值为纵坐标，桩号为横坐标,比例尺视断面长度由系统程序确定，绘制视电阻率灰阶图。

2.隐患分析隐患的性质及形态主要按以下原则确定并予以分析：裂缝：在“视电阻率曲线图”上呈窄幅尖顶高阻异常，在“视电阻率灰阶图”上呈现立脉状高阻异常者为裂缝。

松散体：在“视电阻率曲线图”上呈宽幅圆顶或宽幅多峰高阻异常，在“视电阻率灰阶图”上呈现形状不规则、范围较大的高阻异常者为松散体。

砂层：在“视电阻率曲线图”上表现为背景值较高且不稳定，在“视电阻率灰阶图”上呈较大范围层状高阻异常者为砂层。

同时具备上述三种特征中的两个特征者为复合隐患。

孔洞：在“视电阻率灰阶图”上呈现范围较小、形状较规则、电阻率变化梯度较大、中心电阻率接近或超过背景值2倍的高阻异常者为孔洞。

隐患埋藏深度的确定：裂缝的顶部埋深采用半悬长法估算：即采用经验公式H=0.25q估算。

（式中H—隐患埋藏深度；q—异常点异常半悬长（半幅值））。

其余隐患的埋深根据“视电阻率曲线图”和“视电阻率灰阶图”综合确定。

2.3堤防工程隐患探测报告《堤防工程隐患探测报告》汇集隐患探测工作的全部成果资料。

主要内容包括工程概况，探测方法技术（使用仪器设备与工作原理、工作方法技术、完成工作量、质量保证措施、依据规程及办法），地质概况和地球物理条件，资料分析与解释（隐患性质及形态的确定与分析），基本结论，问题与建议，附图（堤防隐患探测平面布置图、视电阻率曲线图、视电阻率灰阶图）等。

3、成果应用实例3.1实例一⑴工程概述2005年9—12月，受鄄城、梁山、东阿、天桥、槐荫、济阳、齐河、高青、惠民、利津等10个水管单位的委托，山东黄河勘测设计研究院土工试验室完成了上述单位所辖黄河堤防工程17个堤段、长度61360米的隐患探测任务。

主要目的是通过电法勘查技术探测查明堤防工程存在的隐患的性质、数量、大小、分布等技术指标，为黄河汛期防守、堤防除险加固及维护管理提供科学依据。

⑵工作方法技术本次测理采用对称四极剖面法（普通探测）和高密度电法探测（详细探测）相结合的方法。

由于堤身裂缝一般都为垂直于堤坝轴线的横向裂缝，限于堤防两侧边界条件的影响，为侧重于堤防基础隐患的探测，并兼顾堤身质量的检测，所以选定在堤顶沿堤肩走向自上游向下游方向布置测线，即在临河堤肩、背河堤肩各布置一条测线，测线距堤肩0.5～1.0米。

每条测线均先采用对称四极剖面法进行普测。

电极布置方式为：点距MN=2米，AB/2=11米。

对占普测长度不少于10%的堤段（选取普测时异常系数较大的点段或视情况需要检测的堤段）采用高密度电法详测。

高密度电法（连续测深）总电极数为32～40个，电极距分别采用1.0m（测量层数为11层）、2.0m（测量层数为8层）。

最大供电电压220V。

⑶成果综述综合各堤段普测成果，整个堤段共查出各种异常757处（异常系数大于1.20）,其中可靠异常(异常系数大于1.30)155处,其中背河76处,占49.9%,临河79处,占50.1%。

对各电测深剖面相应位置的电阻率分析可推断，在所测区域内桩号为均分布有不同程度的松散体（带）及裂缝等隐患，在以后的汛期防守及堤防的加固中需要着重处理，可视情况采取压力灌浆的方法来消灭隐患。

附部分堤段灰阶图及试电阻率曲线图：东阿堤防62+021～62+057(背河)灰阶图槐荫堤防20+453～20+489（背河）灰阶图天桥堤防126+873～126+901（临河）灰阶图3.实例二⑴工程概述东明标准化堤防建设工程由于施工工期紧，放淤固堤淤筑速度较快，堤身土受到压缩产生变形；为了尽快完成包边盖顶，采取了在背河堤肩提前备足包边盖顶土方，备土高度3m～4.5m，基本呈压实状态，备土增加了附加荷载，加大了堤身的变形；大堤长时间受淤背水体影响，浸润线以下的土体长期处于饱和状态，使堤身淤区高度范围内的土体结构发生变化，加上附加荷载的影响，使堤身发生变形而产生裂缝。

为确保堤防防洪安全，须对裂缝进行加固处理。

为保证裂缝处理质量、缩短工期和节省投资，针对东明堤防的现状，选择东明堤防181+850～182+650段堤段进行锥探灌浆试验，该试验段长度为800m,大堤裂缝共23条，裂缝走向均为纵向，近似直线展布，基本与大堤走向一致，裂缝位置主要分布在临背河路肩和堤中心,裂缝宽度0.5～40cm，长度1534m。

为检测锥探灌浆试验效果，受菏泽市黄河河务局委托，山东黄河水利工程质量检测中心承担了山东东明黄河大堤裂缝锥探灌浆试验的检测工作。

为了检验各种灌浆组参数组合下的灌浆试验效果,按设计要求，本次试验采用高密度电阻率法和探槽法作为灌浆试验效果的主要检测、检查方法。

其中高密度电阻率法可跟踪灌浆过程,随时检测浆液对缝隙的填充程度,以便及时调整灌浆技术参数,提高灌浆效果。

按要求本次高密度电阻率法检测布置剖面9条，分别在灌浆前的进行了探测；首灌后的进行了探测；灌浆完成后进行了探测。

⑵工作方法技术本次探测采用高密度电阻率法。

由于堤身裂缝走向均为纵向，近似呈直线展布，基本与大堤走向一致。

限于场地及堤防两侧边界条件的影响，为侧重于堤防基础隐患的探测，并兼顾堤身质量的检测，选定垂直堤身布置探测剖面，以临河堤脚为探测起点，堤中心为探测剖面中点，测线垂直路面，横跨路面两侧路沿石至临、背河堤坡。

采用受地形影响较小的四极装置（α2），对沥青路面采用人工钻孔穿透硬化层并于测前半小时在孔内注入盐水以提高其导电性。

由于该段堤高为9.00 ～11.00米，堤顶宽约12米，受地形所限，高密度电阻率法总电极数40个，测量点距采用1.0m，测量层数为11层,测量最大极距(AB/2)为11.5米，最大供电电压220V。

⑶成果综述通过探槽取样试验与高密度电阻率法检测的结果对比可以得出以下结论：①从灌浆前的高密度电阻率色谱图可知，所测各剖面均有不同程度的裂缝及松散带存在；从首灌后的高密度电阻率色谱图可以看出，上述各高阻区电阻率均明显减小，浆液灌入填充较好；从灌浆后的高密度电阻率色谱图可以看出灌浆后裂缝高阻区均较灌浆前呈现不同程度的低阻，整体灌浆效果较好；但由于浆液凝固时间较短，裂缝处浆脉没有达到固结稳定，土质较松散，干密度较小，局部还呈现相对高阻。

②从探槽开挖所观测情况与高密度电阻率法探测成果一致，说明高密度电阻率法可跟踪灌浆过程,检测浆液对缝隙的填充程度,检查灌浆效果是可行的。