CN111399053A - 一种滩海构筑物结构缺陷检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滩海构筑物缺陷检测方法，收集被测滩海构筑物的结构设计、施工、维护状况等资料，包括工程地质勘察资料、工程设计资料、加固维护记录等；再进行外观检查，对被检测堤段的外观、防护结构和附属构筑物等的运行状况进行调查，对工程裂缝、塌陷、生物洞穴等结构缺陷情况进行调查；接着采用地震映像法进行结构普查；最后采用瑞雷波法和高密度电阻率法进行缺陷详测。本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，可实现空洞、塌陷、软弱地层等结构缺陷的快速诊断、定位，成果图件直观，实施便捷、成本低，具有良好的技术优势与应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及结构检测领域，尤其涉及一种滩海构筑物结构缺陷检测方法。
背景技术
滩海构筑物是在滩海区域内，以土、砂、石、混凝土等为主要材料建成的实体构筑物，是滩海地区防洪御潮的重要屏障。由于滩海海堤处于海陆交互的复杂环境条件下，常年受潮汐、波浪等的冲刷，空洞、塌陷及软弱地层等结构缺陷、隐患众多。在遇到风暴潮、海冰等自然灾害时，极易发生重大险情。对滩海构筑物进行结构缺陷检测，及时发现隐患问题，对于维护滩海构筑物结构安全、保障安全生产具有重要的意义。
目前用于滩海构筑物缺陷检测的方法主要有人工探视和破损法。人工探视主要是进行外部表面检查，难以发现堤身及内部结构缺陷；破损法仅适用于单点检测，且具有破坏性、随机性和成本高等不足。为解决上述问题，需要选择适用于滩海构筑物结构特点的内部结构缺陷无损检测方法。
滩海构筑物结构纵向剖面自上而下一般为沥青层/混凝土层、灰土层、填土层（填石层），目标体为横向相对均匀的层状介质，在出现软弱地层、空洞或塌陷缺陷时，缺陷部位与结构填筑材料之间存在明显的物性差异，可根据物性差异特征，识别结构主要缺陷。
发明内容
本发明是针对现有技术所存在的不足，提供了一种可实现掏空空洞、脱空、塌陷等结构缺陷的快速诊断、定位，成果图件直观，实施便捷、成本低，具有良好的技术优势与应用前景的一种滩海构筑物结构缺陷检测方法。
本发明的技术方案为：收集被测滩海构筑物的结构设计、施工、维护状况等资料，包括工程地质勘察资料、工程设计资料、加固维护记录等；再进行外观检查，对被检测堤段的外观、防护结构和附属构筑物等的运行状况进行调查，对工程裂缝、塌陷、生物洞穴等结构缺陷情况进行调查；接着采用地震映像法进行结构普查；最后采用瑞雷波法和高密度电阻率法进行缺陷详测。实施便捷、成本低，具有良好的技术优势与应用前景。
具体为，本发明提供了一种滩海构筑物结构缺陷综合检测方法，包括以下步骤：
步骤1：资料收集，收集被测滩海构筑物的结构设计、施工、维护状况等资料，包括工程地质勘察资料、工程设计资料、加固维护记录等；
步骤2：进行外观检查，对被检测堤段的外观、防护结构和附属构筑物等的运行状况进行调查，对工程裂缝、塌陷、生物洞穴等结构缺陷情况进行调查；
步骤3：采用地震映像法进行结构普查；
步骤4：采用瑞雷波法和高密度电阻率法进行缺陷详测。
进一步地， 所述步骤3的具体步骤为：
步骤3.1：测线布设；
步骤3.2：检测参数设置；
步骤3.3：现场检测；
步骤3.4：数据处理，包括滤波、图像增强、图形修饰等；资料解释宜利用1种或1种以上有效波信息，辨认和追踪有效波的同相轴、波形宽度、振幅幅度、频率特征等，确定有效异常和缺陷分类原则；
步骤3.5：缺陷识别，从地震影像图中整体分析,根据波形和波速的变化，进行结构缺陷的辨别。
进一步地，所述步骤3.1具体为对于滩海海堤当堤顶宽度不大于4m时，宜沿迎浪面堤肩或堤顶中线布设1条测线；当堤顶宽度大于4m时，宜增设1-2条测线；对于人工岛、码头、滩海陆岸平台等结构，宜沿平台或岛体四周布设测线。
进一步地，所述步骤3.2检波器的固有频率应根据探测深度选择，探测深度较深时，宜选择较低频率的垂直检波器，如4Hz或10Hz；探测深度较浅时，宜选择较高频率的垂直检波器，如60Hz或100Hz。
进一步地，所述步骤3.2的结构普查偏移距应通过试验确定，观测记录宜扩展到全波列，尽可能的包含直达波、折射波、反射波、面波、绕射波等；结构普查激发点距宜为1.0m～2.0m。
进一步地，所述步骤3.3的具体步骤为：
步骤3.3.1：考察试验场地；
步骤3.3.2：仪器设备连接；
步骤3.3.3：操作参数设置；
步骤3.3.4：敲击产生振动波，并被检波器接收；
步骤3.3.5：采集第N道记录；
步骤3.3.6：对第N道记录判断，若合格，则进行下一步；若不合格，则执行步骤3.3.4；
不臭3.3.7：存盘，并采集第N+1道记录。
进一步地，所述步骤4的具体步骤为：
步骤4.1：测线布设，以滩海构筑物外观检查和结构普查结果确定的异常区段为中心进行测线布设。
步骤4.2：检测参数设置；
步骤4.3：资料处理；
步骤4.4：缺陷识别，根据频散曲线、面波等视速度图及地电断面图，综合判定异常的形态及位置。
进一步地，所述步骤4.2具体为瑞雷波法宜采用瞬态法，测点间距宜为1m-5m，宜采用展开排列的方式分析有效波和干扰波的分布特征，展开排列的长度宜为探测深度的1倍-2倍；检波器固有频率和频宽应与探测深度相符，宜选用固有频率为1Hz-40Hz的垂直检波器。高密度电阻率法宜采用温纳装置，电极距宜为1-2m，隔离系数1-20，电极数宜根据现场情况及测线长度设定；
对水平分辨率要求高的情况下，采用下列跑极方式：测量时，M、N极保持不变，A、B电极分别向左、向右移动电极，得到一条沿深度方向的测线；然后电极A、M、N、B同时向右移动一个电极，再进行下一条深度测线的测量，以此类推得到矩形断面。该方法更适用于测量范围较小的横向断面的缺陷测试。
进一步地，所述步骤4.3具体为瑞雷波法对现场采集的多道地震数据，依次进行坏道剔除、滤波、频谱分析、能量分析、层位分析、提取频散曲线，频散曲线分层反演地层剪切波速及确定层厚，反演过程宜遵循由浅及深逐层调试，使正、反演结果逼近，完成剪切波层速度和层厚的处理。高密度电阻率法数据处理依次进行坏点剔除、滤波、高密度电阻率反演成像，反演可采用最小二乘法。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，可实现油田滩海海堤、码头、人工岛、滩海陆岸平台及进海路等滩海构筑物的结构普查和缺陷详测；针对滩海构筑物的空洞、塌陷、软弱地层等缺陷，利用地震映像法进行结构普查，再此基础上结合瑞雷波法和高密度电阻率法实现结构缺陷的详测，快速、高效的实现滩海构筑物结构缺陷的定性、定位探测，具有如下优点：可实现掏空空洞、脱空、塌陷等结构缺陷的快速诊断、定位，成果图件直观，实施便捷、成本低，具有良好的技术优势与应用前景。
附图说明
图1为本方案实施例一的用地震映像法时现场检测流程图；
图2为本方案实施例一的地震映像图中显示的浅部或板后不密实；
图3为本方案实施例一的地震映像图中显示的塌陷/空洞/软弱地层缺陷异常；
图4为本方案实施例一的地震映像图中无明显缺陷；
图5为本方案实施例二的海堤上游坝肩地的震映像图；
图6为本方案实施例二的海堤平台处的地震映像图；
图7为本方案实施例二的一个测试位置的频散曲线图；
图8为本方案实施例二的另一个测试位置的频散曲线图；
图9为高密度电法反演地电断面图；
图10为提高水平分辨率跑极方式的示意图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
实施例一
本实施例是一种滩海构筑物结构缺陷综合检测方法，包括以下步骤：
步骤1：资料收集，收集被测滩海构筑物的结构设计、施工、维护状况等资料，包括工程地质勘察资料、工程设计资料、加固维护记录等；
步骤2：进行外观检查，对被检测堤段的外观、防护结构和附属构筑物等的运行状况进行调查，对工程裂缝、塌陷、生物洞穴等结构缺陷情况进行调查；
步骤3：采用地震映像法进行结构普查：
步骤3.1：测线布设，具体为对于滩海海堤当堤顶宽度不大于4m时，宜沿迎浪面堤肩或堤顶中线布设1条测线；当堤顶宽度大于4m时，宜增设1-2条测线；对于人工岛、码头、滩海陆岸平台等结构，宜沿平台或岛体四周布设测线；
步骤3.2：检测参数设置，检波器的固有频率应根据探测深度选择，探测深度较深时，宜选择较低频率的垂直检波器，如4Hz或10Hz；探测深度较浅时，宜选择较高频率的垂直检波器，如60Hz或100Hz；结构普查偏移距应通过试验确定，观测记录宜扩展到全波列，尽可能的包含直达波、折射波、反射波、面波、绕射波等；结构普查激发点距宜为1.0m～2.0m；
步骤3.3：如图1所示，现场检测：
步骤3.3.1：考察试验场地；
步骤3.3.2：仪器设备连接；
步骤3.3.3：操作参数设置；
步骤3.3.4：敲击产生振动波，并被检波器接收；
步骤3.3.5：采集第N道记录；
步骤3.3.6：对第N道记录判断，若合格，则进行下一步；若不合格，则执行步骤3.3.4；
不臭3.3.7：存盘，并采集第N+1道记录；
步骤3.4：数据处理，包括滤波、图像增强、图形修饰等；资料解释宜利用1种或1种以上有效波信息，辨认和追踪有效波的同相轴、波形宽度、振幅幅度、频率特征等，确定有效异常和缺陷分类原则；
步骤3.5：缺陷识别，从地震映像图中整体分析,根据波形和波速的变化，进行结构缺陷的辨别：
如图2所示，浅部或板后不密实，图像特点：面波同相轴变粗，波形宽度和振幅较大，波形的波至时间滞后，波形图像下陷；
如图3所示，塌陷/空洞/软弱地层缺陷异常，图形特点：面波同相轴较粗，波形宽度和振幅大，波形的波至时间严重滞后，整个波形图像下陷，还存在反射弧或绕射弧。
如图4所示，无明显缺陷，图像特点：各组同相轴相互平行，波形的宽度、振幅及波至时间大致相同，无明显大的变化，波形起伏的幅度不大，同相轴情况没有出现明显的变化情况；
步骤4：采用瑞雷波法和高密度电阻率法进行缺陷详测：
步骤4.1：测线布设，以滩海构筑物外观检查和结构普查结果确定的异常区段为中心进行测线布设。
步骤4.2：检测参数设置，具体为瑞雷波法宜采用瞬态法，测点间距宜为1m-5m，宜采用展开排列的方式分析有效波和干扰波的分布特征，展开排列的长度宜为探测深度的1倍-2倍；检波器固有频率和频宽应与探测深度相符，宜选用固有频率为1Hz-40Hz的垂直检波器；高密度电阻率法宜采用新的测量装置，电极距宜为1-2m，隔离系数1-20，电极数宜根据现场情况及测线长度设定；
对水平分辨率要求高的情况下，采用下列跑极方式：测量时，M、N极保持不变，A、B电极分别向左、向右移动电极，得到一条沿深度方向的测线；然后电极A、M、N、B同时向右移动一个电极，再进行下一条深度测线的测量，以此类推得到矩形断面。该方法更适用于测量范围较小的横向断面的缺陷测试，如图10所示。
步骤4.3：资料处理，具体为瑞雷波法对现场采集的多道地震数据，依次进行坏道剔除、滤波、频谱分析、能量分析、层位分析、提取频散曲线，频散曲线分层反演地层剪切波速及确定层厚，反演过程宜遵循由浅及深逐层调试，使正、反演结果逼近，完成剪切波层速度和层厚的处理。高密度电阻率法数据处理依次进行坏点剔除、滤波、高密度电阻率反演成像，反演可采用最小二乘法。
步骤4.4：缺陷识别，根据频散曲线、面波等视速度图及地电断面图，综合判定异常的形态及位置。软弱地层的频散曲线图、波速等值线图上均表现为较低的波速（<140m/s），且波速等值线图时常呈现层状延伸，在地电断面图上出现高阻异常，高阻异常区电阻率均值与周围土体比值约为5.0～10.0；空洞、塌陷处在波形记录中还可能出现反射弧或绕射弧，在地电断面图上出现高阻异常，高阻异常区电阻率均值与周围土体比值>5.0；；大型或较多空洞、塌陷、软弱地层时，频散曲线上拐点明显，且深部无有效的连续频散点；在地电断面图上出现高阻异常，高阻异常区电阻率均值与周围土体比值>10.0； 。
实施例二
本实施例具体涉及一种基于高密度电阻率探测的滩海海堤缺陷检测方法。以山东东营某滩海海堤为例，对该滩海海堤某一段的缺陷检测方法包括以下步骤：
步骤1：资料收集，滩海构筑物缺陷检测前应详细收集被测工程的结构设计、施工、维护状况等资料，包括工程地质勘察资料、工程设计资料、加固维护记录等。
步骤2：滩海海堤外观检查，对被检测堤段的外观、防护结构和附属构筑物等的运行状况进行调查，对工程裂缝、塌陷、生物洞穴等结构缺陷情况进行调。
步骤3：采用地震映像法进行结构普查：
步骤3.1：测线布设：选择在上游坝肩、平台两处位置，各布置一条测线进行了地震映像法试验。
步骤3.2：设置检测参数，锤击震源为22磅锤，检波器伪4HZ，采样时间间隔为0.5ms；道间距为1m；偏移距为10m；试验位置：起始桩号：3＋450，测线布置中点：3＋500。
步骤3.3：测试效果分析，如图5所示，从影像图中清晰可见在桩号3＋465～3＋490段，同相轴出现分组，该段坝体填土相对其它位置松散，经验证为下坝肩塌方位置，说明已影响到下坝肩深处。另外在桩号3＋515～3＋525段，同相轴也出现类似分组，且影响较深，经验证出现异常洞。
如图6所示，在桩号3＋480～3＋500表现为脱空特征。
步骤4：利用瑞雷波法和高密度电阻率法进行缺陷详测：
如图7所示，测试位置：桩号3+509；参数设置： 24道，检波器：4HZ，采样点数：1024，锤击震源：22磅锤；采样时间间隔：0.5ms；道间距：1m；偏移距：5 m；拟测深度：5米；测试分析说明：
处理图形出现了大“之”字形，地层下部存在异常。在上部，2米左右的位置，波速度呈现上升趋势，在2.53米位置，波速度值达到265.2米／秒。在4米位置，波速度值急速下降，降到了142.3米／秒，说明此处土体为松软地带或者是脱空存在。
如图8所示，测试位置：桩号3+533；参数设置：24道，检波器：4HZ，采样点数：1024，锤击震源：22磅锤，采样时间间隔：0.5ms，道间距：1m，偏移距：10 m拟测深度：5米。
测试分析说明：
试验现场有一处塌方。第一层波速值在190.3m/s，二、三两层波速值均在200m/s之上，说明土层较硬。第四层开始出现问题：波速值明显下降，由264m/s降到了141.2m/s，而第五层波速值高达619.1m/s，说明第四层在1.38米的范围内土体已处于软塑状态。经现场验证该处有塌方。
如图9所示，测试位置：桩号3+0～+90；参数设置：电极距1m、隔离系数1-20、供电周期1、供电时长0.5s。
地电断面图中，总体呈现浅部较高阻、深部低阻状态，浅部局部存在高阻异常（+2～+12、+39、+67等），说明面层下方回填层不密实；局部段落高/低阻等值线下凹明显（+1～+15、+20～+30、+35～+75），推测为下部存在不密实体或空洞、塌陷的响应。
本发明未经描述的技术特征能够通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种滩海构筑物结构缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：资料收集，收集被测滩海构筑物的结构设计、施工、维护状况等资料，包括工程地质勘察资料、工程设计资料、加固维护记录等；
步骤2：进行外观检查，对被检测堤段的外观、防护结构和附属构筑物等的运行状况进行调查，对工程裂缝、塌陷、生物洞穴等结构缺陷情况进行调查；
步骤3：采用地震映像法进行结构普查；
步骤4：采用高密度电阻率法和瑞雷波法进行结构空洞、塌陷及软弱地层等结构缺陷详测。
2.根据权利要求1所述的一种滩海构筑物结构缺陷检测方法，其特征在于， 所述步骤3的具体步骤为：
步骤3.1：测线布设；
步骤3.2：检测参数设置；
步骤3.3：现场检测；
步骤3.4：数据处理，包括滤波、图像增强、图形修饰等；资料解释宜利用1种或1种以上有效波信息，辨认和追踪有效波的同相轴、波形宽度、振幅幅度、频率特征等，确定有效异常和缺陷分类原则；
步骤3.5：缺陷识别，从地震映像图中整体分析,根据波形和波速的变化，进行结构缺陷的识别。
3.根据权利要求2所述的一种滩海构筑物结构缺陷检测方法，其特征在于， 所述步骤3.1具体为对于滩海海堤当堤顶宽度不大于4m时，宜沿迎浪面堤肩或堤顶中线布设1条测线；当堤顶宽度大于4m时，宜增设1-2条测线；对于人工岛、码头、滩海陆岸平台等结构，宜沿平台或岛体四周布设测线。
4.根据权利要求2或3所述的一种滩海构筑物结构缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤3.2检波器的固有频率应根据检波器频率试验获得；
探测深度选择，探测深度较深时，宜选择较低频率的垂直检波器，如4Hz或10Hz；探测深度较浅时，宜选择较高频率的垂直检波器，如60Hz或100Hz。
5.根据权利要求2或3所述的一种滩海构筑物结构缺陷检测方法，其特征在于， 所述步骤3.2的结构普查偏移距应通过试验确定，观测记录宜扩展到全波列，尽可能的包含直达波、折射波、反射波、面波、绕射波等；结构普查激发点距宜为1.0m～2.0m。
6.根据权利要求2或3所述的一种滩海构筑物结构缺陷检测方法，其特征在于， 所述步骤3.3的具体步骤为：
步骤3.3.1：考察试验场地；
步骤3.3.2：仪器设备连接；
步骤3.3.3：操作参数设置；
步骤3.3.4：敲击产生振动波，并被检波器接收；
步骤3.3.5：采集第N道记录；
步骤3.3.6：对第N道记录判断，若合格，则进行下一步；若不合格，则执行步骤3.3.4；
步骤3.3.7：存盘，并采集第N+1道记录。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种滩海构筑物结构缺陷检测方法，其特征在于， 所述步骤4的具体步骤为：
步骤4.1：测线布设，以滩海构筑物外观检查和结构普查结果确定的异常区段为中心进行测线布设；
步骤4.2：检测参数设置；
步骤4.3：资料处理；
步骤4.4：缺陷识别，根据频散曲线、面波等视速度图及反演地电断面图，综合判定异常的形态及位置。
8.根据权利要求7所述的一种滩海构筑物结构缺陷综合检测方法，其特征在于， 所述步骤4.2具体为瑞雷波法宜采用瞬态法，测点间距宜为1m-5m，宜采用展开排列的方式分析有效波和干扰波的分布特征，展开排列的长度宜为探测深度的1倍-2倍；检波器固有频率和频宽应与探测深度相符，宜选用固有频率为1Hz-40Hz的垂直检波器；高密度电阻率法宜采用新的跑极方式，电极距宜为1-2m，隔离系数1-20，电极数宜根据现场情况及测线长度设定；
对水平分辨率要求高的情况下，采用下列跑极方式：测量时，M、N极保持不变，A、B电极分别向左、向右移动电极，得到一条沿深度方向的测线；然后电极A、M、N、B同时向右移动一个电极，再进行下一条深度测线的测量，以此类推得到矩形断面；
该方法更适用于测量范围较小的横向断面的缺陷测试。
9.根据权利要求7所述的一种滩海构筑物结构缺陷综合检测方法，其特征在于， 所述步骤4.3具体为瑞雷波法对现场采集的多道地震数据，依次进行坏道剔除、滤波、频谱分析、能量分析、层位分析、提取频散曲线，频散曲线分层反演地层剪切波速及确定层厚，反演过程宜遵循由浅及深逐层调试，使正、反演结果逼近，完成剪切波层速度和层厚的处理；
高密度电阻率法数据处理依次进行坏点剔除、滤波、高密度电阻率反演成像，反演可采用最小二乘法。
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