围垦筑堤抛石海堤探地雷达检测研究与分析

围垦筑堤抛石海堤探地雷达检测研究与分析

瞿家林

（中国水利水电第12工程局有限公司浙江杭州310004）

【摘要】本文根据浙江省玉环县璇门三期围垦工程二标堤心石基础置换采用了爆炸挤淤填石法处理软基基础，浙江省地球物理技术应用研究所利用探地雷达检测方法进行堤心石质量检测，以此确定海堤抛石体厚度、形状及底界标高；同时查明海堤抛石体底部的混合层厚度。以此掌握海堤的施工质量，使沿海围垦筑堤工程中的质量评定指标可追溯、可控，实现质量控制目的。本文阐述软基处理工程建设实施中的质量检测方法，为类似工程的质量精确控制提供了有益的参考。

【关键词】围垦筑堤；堤心石；探地雷达；技术检测

【中图分类号】TU712【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）24-0216-03

1.前言

玉环璇门三期工程二标基础置换采用爆炸挤淤填石法处理软基，在堤心石施工达到稳定时限后，利用探地雷达方法等一些科学的质量检测手段对堤心石稳定层进行质量检测，以此确定海堤抛石体厚度、形状及底界标高；同时查明海堤抛石体底部的混合层厚度。根据上述要求，于2008年2月25日—2008年2月26日进行了野外数据采集，对珠港海堤和干江海堤进行了纵、横断面的探地雷达测试，工作量统计见表1。

表1探地雷达工作量统计表

注：外海K3+820～K3+070由于有礁石影响，船无法靠近，故没有进行探测。

2.工作原理与方法技术

2.1工作原理

探地雷达测试技术是一种非破坏性的测试技术,利用高频电磁波以宽频短脉冲形式，由地面通过发射天线（T）送入地下，以地下地层或目标反射后返回地面，为接收天线（R）所接收（图1所示），它具有抗干扰能力强、适应性强、工作条件宽松、快速、简捷具有较高的探测精度和分辨率等优点。

整个过程脉冲波行程需时：

雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录，波形的正负峰分别以黑、白色表示，或者以灰阶或彩色表示。这样，同相轴或等灰度、等色线即可形象地表征出地下反射界面，图2是雷达波形记录示意图。

εr为地下介质相对介电常数。但在较复杂地下介质中，如抛石、填石等，εr值难以确定，可采用宽角方式（WAAR）直接进行测量εr值，宽角方式在目的体反射信号明显处进行。利用宽角方式求取的ε、V值计算出已知目的体埋深Z值。再和实际埋深进行对比、修正，来调整εr、V值的准确性，确保解释的精度。

式中εr为抛石体的介电常数，εrw为泥土的介电常数，εrs当在水位以上时是空气的介电常数，在水位以下时，是海水的介电常数。Vr、Vw和Vs相应地为其所占的体积含量。

由上式可知，抛石层的介电常数比较复杂，只能采用宽角工作方式求取介电常数和电磁波速值，然后通过已知点或实验值进行修正来求取抛石体的埋深。

2.2工作方法

探地雷达系统的工作方法技术包含了两大部分，即：野外地质信息的采集和室内资料处理技术。采用的仪器为LTD-2000探地雷达及配套25MHZ收发同置天线。

野外工作方法技术是针对具体工作的目的和任务，确定信息参数及野外数据采集方案，它是室内资料处理能否取得有效效果的保证和决定性因素。

本次测试结合实测现场具体情况，针对抛石基底为目的体进行选取合适参数，ξ、V值采用宽角法（WAAR）求取确定。选取采样长度500ns，采样率512，扫描率64次/秒，连续扫描方式进行扫描。

室内资料处理期间其数据处理软件系统流程如下：

LTD-2000雷达数据采集→预处理→反演计算→各层位厚度

预处理过程期间系统流程如下：数据输入→重复道平均→多次测量平均→自动时变增益→反褶积→滤波→偏移→输出；该流程图的主要处理功能为：

A、分频处理突出主频的有效信号；

B、多次测量的平均处理，以抑制随机噪声；

C、邻近道的不同位置的多次测量平均，以压低非目的体杂乱回波，改善背景；

D、自动时变增益以补偿介质吸收和抑制杂波；

E、带通滤波以滤掉信号中的低频振荡和高频噪声等成分，水平滤波则可发消除背景噪声；

F、偏移处理是为了消除在数据采集过程中引起的畸变的二维成像处理；

G、反褶积是一种特殊的滤波方法，主要用于消除天线的瞬变和多次反射，提高数据的垂向分辨能力。

2.3原始资料质量保证体系及质量评述

为确保勘测质量，保证成果地质解释的精确性，采用取了下述质量措施。

（1）在测试工作时，仪器的检查和使用，野外工作方法布置和技术措施，资料处理和解释等各个环节，都认真执行规范规定的技术要求。

（2）实行现场数据采集的质量监控，质量监控现场对工作质量进行检查和验收。在野外数据采集的过程时，对仪器的参数作相应的选择，现场进行重复性、一致性检查。

（3）室内资料处理由专人负责，对预处理、处理分析及处理成果的每一步都在反复演算修改的基础上进行，数据处理采取分段进行滤波，充分突出信噪比，确保滤波信号的不失真，进行道平均和控制增益，时变增益、压缩子波提高分辨率。

3.测试成果解释

3.1解释的步骤

a.经过数据预处理。计算不同堤段、不同深度的复合介电常数，确定相对应的电磁波速。求取各目的层的深度，进行推断分层；

b.计算不同堤段不同深度的反射波组的幅值与幅角及各层电导率；

c.计算抛石体层的厚度

3.2解释成果

数据处理成果以波形图形式时间剖面输出，并作时深转换成地质推断剖面，各剖面所示的抛石层深度，混合层厚度及部分基岩埋深作数据统计。

在此基础上，编制了探地雷达解释剖面图，并且将剖面测试的计算数据列表2～3之中。

3.3成果评述

（1）干江海堤横剖面探地雷达测试结果解释

表1中断面解释附图2-1～2-16是对应干江海堤设计图中的各横剖面的推断解释图，对应测试成果数据表2，从横断面看，抛石体横向轮廓形状均大体相同，总体呈船形，其底部较平坦，抛石体自底部向两侧呈楔状突出，呈拳头形向上部收敛为梯形。根据测试结果统计，抛石体有效宽度在50.2～74.1m左右。

表2横测线断面数据各参数

（2）珠港海堤横剖面探地雷达测试结果解释

表1中断面解释附图3-1～3-10是对应设计图中的珠港海堤各纵剖面的推断解释图，对应测试成果见数据表3，从各纵断面知：

a.堤纵轴线纵剖面K3+425～K4+070段抛石体厚度逐渐减小，厚度范围0～48.6m，抛石底界有一定的起伏，K3+457附近抛石厚度最大，底界最深；内海纵剖面和外海纵剖面抛石体总体形状相近，抛石底界有一定的起伏。

b.一般而言，在珠港海堤底部会形成由抛石和淤泥组成的混合层，从测试结果分析珠港海堤轴线抛石夹淤泥混合层的最厚处达3.2m，平均厚度1.61m；内海纵剖面和外海纵剖面由于测线位置靠近抛石体边界，大部分未测到抛石和淤泥的混合层。

c.抛石层厚度的求取通过时深转换而得，各段的介电常数都单独用宽角法求取，用宽角法求取的抛石层介电常数在26～31之间，抛石夹泥混合层的界面在时间剖面上反映是不明显的但在用宽角法求取介电常数时，介电常数的变化，可以划分混合层的厚度，介电常数值为32～38之间。

表3纵测线断面数据各参数

4.结论

通过本次对玉环璇门三期工程二标抛石海堤探地雷达测试，取得了各断面抛石海堤块石层、混合层的底界标高，其主要结论如下：

（1）珠港海堤纵轴线纵剖面K3+425～K4+070段抛石体厚度逐渐增大，厚度范围0~48.6m，抛石底界有一定的起伏，其中K3+425～K3+475段起伏较大，K3+457附近抛石厚度最大，底界最深；内海纵剖面和外海纵剖面抛石体总体形状相近，抛石底界有一定的起伏；抛石按成分不同，一般可分为二层，即上部为抛石层和下部的抛石夹泥土混合层组成。

（2）从多条横剖面的测试资料可得，各断面海堤横剖面均呈梯形状，底部形态平坦两头呈拳头形，堤底的两底角近似40°，向上收敛，抛石分布宽度在50.2～71.9m左右。

（3）由于干江海堤中部横断面段有礁盘，从检测数据可以看出抛石基底比较浅。

（4）从上述检测数据结合设计图号分析得出总体结论为：该抛石海堤落底深度达到相关要求，满足置换水平，后期应加强其他方法的监测力度，随时掌握海堤动态稳定，本次任务圆满完成了工程检测要求。

（5）本次检测结果建议应提前跟钻孔检测、体积平衡法等检测方法同步进行对比分析，以此更为科学的论证抛石海堤的落底和填筑质量。

（6）受礁盘和海浪影响是本次检测不能忽视的外部因素，希望在今后的科学发展中能更好的弥补。

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作者简介：瞿家林，(1976年)，男，高级工程师，硕士MBA，中国水利水电等十二工程局有限公司基础分局，研究方向：主要从事基础处理、爆炸效应及安全防护、土岩爆破等方面的理论与技术探索与施工，地址：浙江省金华市婺城区.