CN1940185A - 江河堤防水下抛石检测方法 - Google Patents

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江河堤防水下抛石检测方法：定位使用两套GPS双频瞬时接收机，一套为GPS参考站设在陆上，另一套为GPS流动站在测量船上，其接收天线固定在电缆检波器位置；采用chirp技术的浅地层剖面仪，将发射探头放入水中，使用导航软件进行水上定位，输入设计测线初始坐标；按设计测线导航，采用走航时连续测量方式，实时记录测点坐标航迹位置图；使用浅地层剖面仪对水下抛石区进行检测，形成地层剖面二维声图记录；将航迹位置图和地层剖面声图相结合，与各种工况下水下抛石的典型浅剖图像特征对照，从而检测水下抛石范围，判断无石区、有石区和石上淤泥沉淀覆盖区。本发明为堤防水下抛石提供了有效、可靠的检测方法，记录分辨率高，直观性强。

Description

江河堤防水下抛石检测方法
技术领域
本发明涉及一种检测方法，具体涉及一种江河堤防水下抛石施工质量的检测方法。
背景技术
水下抛石护岸是用一定粒径范围内的块石把冲刷地段的堤岸从深泓到岸滩抛成一定厚度的块石层，增加河岸对水流的抗冲能力，达到稳定河势和岸坡的目的，主要应用在堤外滩较窄、水流冲刷严重、深泓逼岸、岸线崩退严重的堤段。水下抛石护岸加固方法已广泛应用于我国江河堤防的维修和加固中，并且这一状况在今后相当长的一段历史时期内不会有大的改变。
如何控制和评定水下抛石的施工质量，是建设、设计、施工、监理、运行管理等单位非常关心的问题。但是，目前对于堤防水下抛石的施工效果缺乏现代、有效、可靠的检测方法：由于水下抛石护岸工程的岸段基本是河道变化强烈的地段，水流对河床的淘涮或淤积作用较快，设计时的河岸形态、地形等都随时间变化，抛石施工时岸线长、定位及计量比较困难，抛后传统的水下断面测量过程复杂、精度低；此外，虽然GPS可精确的进行水平定位和网格划分，但常用测深仪发射的声波不能穿透到抛填时沉入淤泥层下的抛石部位，不能准确给出此处抛前抛后的断面变化。因此，不同时间段测出的地形图有时差异很大，难以对竣工后的抛石质量进行客观评价。
发明内容
为了解决上述的不足，本发明的任务是提供一种江河堤防水下抛石检测方法——采用chirp(线性调频)技术的浅地层剖面法，采用该方法可以有效穿透江底沉积的表层泥砂，探测到泥下土质状况，并且用该方法所获得的记录分辨率高，直观性强。
浅地层剖面法原理是通过换能器向拖鱼正下方发射一束圆锥形声波束，声波到达水底时一部分能量被水底反射回来，得到一个很强的回波(对应声图的水底线)，一部分能量透入泥下，在淤积层内继续向地层深处传播，地层内由于固体物质的散射和吸收，部分能量损耗，其中部分能量反向散射回换能器，这部分包涵了地层成分信息。当遇到地层的界面时会产生较强的反射，故能反映地层的分层结构。依靠工作船向前航行，换能器的接收信号在显示器和热敏记录器上形成拖鱼正下方的地层剖面二维声图。
浅地层剖面仪发射的功率决定仪器的穿透深度。功率越大穿透越深；而分辨率(指沉积层的上下界面)则取决于仪器所发射的频率，频率越高，分辨率越高。要想使剖面仪穿透能力强，必须增加发射声波的能量，即加长发射脉冲长度，但这样就会造成剖面仪垂直分辨率(即对层厚的分辨率)的下降。为了兼顾穿透深度及分辨率，近年来已开发了线性调频脉冲浅地层剖面仪，它采用chirp(线性调频)技术，即发射一个2-7kHz、Δf＝5kHz的chirp脉冲，接收时进行匹配滤波，得到一个脉宽约等于1/Δf的回波脉冲，这样设备的垂直分辨率就等于c/2Δf(其中c为声速)，而与发射脉宽无关。解决了穿透深度和垂直分辨率的矛盾。使得在换能器尺寸受拖鱼尺寸限制的情况下得到分辨率为0.15m，穿透深度为20-80m(软泥)的较高指标。
本发明采用的技术方案是：
一种江河堤防水下抛石检测方法，其步骤如下：
使用两套GPS双频瞬时接收机，一套作为GPS参考站架设在陆地上，另一套作为GPS流动站放在测量船上，其接收天线固定在电缆检波器的位置；
将浅地层剖面仪的发射探头和接收电缆挂在测量船的舷外(如左或右舷)，放入水中，使用导航软件进行水上定位，输入设计测线初始点坐标；
按设计测线导航，航速控制在2.5节左右，采用走航时连续测量的方式，实时记录测点坐标航迹位置图；使用浅地层剖面仪对水下抛石区进行检测，并形成地层剖面二维声图作为记录；
将航迹位置图和地层剖面声图相结合，从而检测水下抛石范围，分别判断出无石区、有石区和石上淤泥沉淀覆盖区。
本发明的上述方案，可以有以下不同的具体优化方案：
1、所述的江河堤防水下抛石检测方法中，对于浅地层剖面仪记录下的地层剖面声图按以下规律进行解读：
有石区，地层剖面声图上抛石界面反射相位不连续，表现为颗粒状条带，其下部为强噪音信号；
无石区的江底土层，地层剖面声图表现为均匀的黑条带，有时会出现两层及以上的反射相位同相轴；
对抛石上存在沉积泥土的落淤区，地层剖面声图上层是江底土层特征，为颜色很深的黑条带，下层是抛石特征，为颗粒状条带。
2、所述的江河堤防水下抛石检测方法采用线性扫描式浅地层剖面仪系统，如CP931型浅地层剖面仪。
3、所述的江河堤防水下抛石检测方法所用的GPS双频瞬时RTK接收机型号为SR530。
采用上述方案后，根据具体实施的检测结果可知，该检测方法能清晰的分辨出抛石区和无石区的界线，以及抛石后的上部落淤区、粉质砂壤土江底面，并且检测成本低，效率高，测量所获取的声学记录剖面在形态上与地质剖面接近；与设计图纸比对后，可以检测出水下抛石的施工质量。
本发明为堤防水下抛石的施工质量提供了一种现代、有效、可靠的检测方法，该方法所获得的记录分辨率高，直观性强。
附图说明
图1～图4分别是水下抛石的几种典型浅地层剖面图：其中，
图1与图2为抛石区和无石区的对照；
图3与图4为抛石区、落淤区和无石区的对照；
图5是与图1对应的设计抛石断面；
图6是设计抛石范围与浅地层剖面仪实测外缘线比较图；
图7是实施例1的A江堤水下抛石浅地层剖面检测纵断面图(节选1806.3m)。
具体实施方式
实施例1，一种江河堤防水下抛石检测方法，使用英国GeoAcoustics公司生产的CP931型线性扫描式浅地层剖面仪系统，它发射的扫频宽度为1.5～3.5kHz和3.7～7.5kHz两档，穿透深度可达到40m。所述浅地层剖面仪采用高分辨率方式，仪器发射探头及接收电缆挂在测量船的右舷，根据现场试验比较，将入水深度定为0.7m。使用两套瑞士Leica公司生产的SR530型GPS双频瞬时RTK接收机，一套作为GPS参考站架设在陆地上，另一套作为GPS流动站放在测量船上，其接收天线固定在电缆检波器的位置；
在三个地点进行测量，分别是A、B和C江堤，测量目的是寻找江中抛石，根据现场试验比较，确定所述浅地层剖面仪采用高分辨率方式，仪器发射探头及接收电缆入水深度0.7m。
使用导航软件进行水上定位，输入设计测线坐标；
按设计测线导航，航速控制在2.5节左右，采用走航时连续测量的方式，实时记录测点坐标；使用浅地层剖面仪对水下抛石区进行检测，并形成地层剖面声图作为记录。
对于地层剖面声图按以下规律进行解读，参见图1～图4：
有石区，地层剖面声图上抛石界面反射相位不连续，表现为颗粒状条带，其下部为强噪音信号；
无石区的江底土层，地层剖面声图表现为均匀的黑条带，有时会出现两层及以上的反射相位同相轴；
对抛石上存在沉积泥土的落淤区，地层剖面声图上层是江底土层特征，为颜色很深的黑条带，下层是抛石特征，为颗粒状条带。
将地层剖面声图和航迹位置图结合，可检测出水下抛石后的状况；与设计图纸比对后，可以判断水下抛石的施工质量。
A江堤水下抛石，浅地层剖面仪共检测了14个横断面和3条沿水流方向的纵断面。每条横断面检测宽度120-150m，每条纵断面检测长度4.6-4.8km，探测时水面高程6.30m。B马鞍山腰坦池水下抛石共检测了12个横断面，探测时水面高程3.80m。马鞍山陈焦圩江堤水下抛石区共检测了10个横断面，探测时水面高程3.60m。
检测时，因长江水位已到枯水平台附近，测量船只不能行至接坡石上方，只能行至距接坡石10m-15m的水中，故浅地层剖面仪不能测量到设计抛石的全宽。但是，根据测量点航迹坐标，可准确判断出江中抛石前缘线的位置，以便与设计抛石位置进行套图比较。
参见图5，为图1的设计断面，二者相比，可见该断面外侧抛石宽度不足。同样，在检测中也发现部分实际抛石外缘线超出设计外缘线，这可能与过去历史抛石和岸坡冲刷有关。
据此，将A工程各横断面的实测抛石外缘线与竣工时的抛石外缘线比较，可见，局部区段实际抛石宽度超出设计宽度，也有区段设计抛石宽度内局部未见到抛石。14个浅地层剖面仪检测的横断面中8个横断面实际抛石外缘线超出设计外缘线，超出幅度值在2.4～73.5m。6个横断面实际抛石外缘线小于设计外缘线，减小幅度值在6.8～18.3m。
参见图7，从图可知，A工程中有部分设计抛石区中未见抛石，又有部分非设计抛石区中可见抛石。
对B工程水下抛石检测结果为：设计抛石区基本都有抛石存在，未见大面积无抛石的区域。全部检测断面的实际抛石外缘线均超出设计外缘线，超出幅度值在4.3-17.2m。对C工程水下抛石检测结果为：设计抛石区(竣工图)基本都有抛石存在，未见大面积无抛石的区域。10个浅地层剖面检测断面中4个实际抛石外缘线超出设计外缘线，超出幅度值在0.2～8.3m。5个实际抛石外缘线小于设计外缘线，减小幅度值在3.5～8.8m。
三个工程的浅地层剖面仪检测表明，使用本发明的检测方法能清晰地分辨出抛石区和无石区的界线，以及抛石后的上部落淤区、粉质砂壤土江底面；通过与设计图纸的比对，可以方便有效的检测水下抛石范围达标与否。

Claims (3)

1、一种江河堤防水下抛石检测方法，其步骤如下：
使用两套GPS双频瞬时接收机，一套作为GPS参考站架设在陆地上，另一套作为GPS流动站放在测量船上，其接收天线固定在电缆检波器的位置；
采用线性调频技术的浅地层剖面仪，将其发射探头和接收电缆挂在测量船的舷外，放入水中，使用导航软件进行水上定位，输入设计测线初始坐标；
按设计测线导航，航速控制在2.5节左右，采用走航时连续测量的方式，实时记录测点坐标航迹位置图；使用浅地层剖面仪对水下抛石区进行检测，并形成地层剖面二维声图作为记录；
将航迹位置图和地层剖面二维声图相结合，从而检测水下抛石范围，分别判断出无石区、有石区和石上淤泥沉淀覆盖区。
2、按照权利要求1所述的江河堤防水下抛石检测方法，其特征在于：对于浅地层剖面仪记录下的地层剖面声图按以下步骤进行解读：
检看地层剖面声图：
有石区，地层剖面声图上抛石界面反射相位不连续，表现为颗粒状条带，其下部为强噪音信号；
无石区的江底土层，地层剖面声图表现为均匀的黑条带，有时会出现两层及以上的反射相位同相轴；
对抛石上存在沉积泥土的落淤区，地层剖面声图上层是江底土层特征，为颜色很深的黑条带，下层是抛石特征，为颗粒状条带。
3、按照权利要求1或2所述的江河堤防水下抛石检测方法，其特征在于，增加有以下步骤：
将解读出的地层剖面声图与设计图纸进行比对，检测水下抛石范围的达标程度。
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