專利名稱：江河堤防水下拋石檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)方法，具體涉及一種江河堤防水下拋石施工質(zhì)量的檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
水下拋石護(hù)岸是用一定粒徑范圍內(nèi)的塊石把沖刷地段的堤岸從深泓到岸灘拋成一定厚度的塊石層，增加河岸對(duì)水流的抗沖能力，達(dá)到穩(wěn)定河勢(shì)和岸坡的目的，主要應(yīng)用在堤外灘較窄、水流沖刷嚴(yán)重、深泓逼岸、岸線崩退嚴(yán)重的堤段。水下拋石護(hù)岸加固方法已廣泛應(yīng)用于我國(guó)江河堤防的維修和加固中，并且這一狀況在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段歷史時(shí)期內(nèi)不會(huì)有大的改變。
如何控制和評(píng)定水下拋石的施工質(zhì)量，是建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、運(yùn)行管理等單位非常關(guān)心的問(wèn)題。但是，目前對(duì)于堤防水下拋石的施工效果缺乏現(xiàn)代、有效、可靠的檢測(cè)方法由于水下拋石護(hù)岸工程的岸段基本是河道變化強(qiáng)烈的地段，水流對(duì)河床的淘涮或淤積作用較快，設(shè)計(jì)時(shí)的河岸形態(tài)、地形等都隨時(shí)間變化，拋石施工時(shí)岸線長(zhǎng)、定位及計(jì)量比較困難，拋后傳統(tǒng)的水下斷面測(cè)量過(guò)程復(fù)雜、精度低；此外，雖然GPS可精確的進(jìn)行水平定位和網(wǎng)格劃分，但常用測(cè)深儀發(fā)射的聲波不能穿透到拋填時(shí)沉入淤泥層下的拋石部位，不能準(zhǔn)確給出此處拋前拋后的斷面變化。因此，不同時(shí)間段測(cè)出的地形圖有時(shí)差異很大，難以對(duì)竣工后的拋石質(zhì)量進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的不足，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種江河堤防水下拋石檢測(cè)方法——采用chirp(線性調(diào)頻)技術(shù)的淺地層剖面法，采用該方法可以有效穿透江底沉積的表層泥砂，探測(cè)到泥下土質(zhì)狀況，并且用該方法所獲得的記錄分辨率高，直觀性強(qiáng)。
淺地層剖面法原理是通過(guò)換能器向拖魚(yú)正下方發(fā)射一束圓錐形聲波束，聲波到達(dá)水底時(shí)一部分能量被水底反射回來(lái)，得到一個(gè)很強(qiáng)的回波(對(duì)應(yīng)聲圖的水底線)，一部分能量透入泥下，在淤積層內(nèi)繼續(xù)向地層深處傳播，地層內(nèi)由于固體物質(zhì)的散射和吸收，部分能量損耗，其中部分能量反向散射回?fù)Q能器，這部分包涵了地層成分信息。當(dāng)遇到地層的界面時(shí)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的反射，故能反映地層的分層結(jié)構(gòu)。依靠工作船向前航行，換能器的接收信號(hào)在顯示器和熱敏記錄器上形成拖魚(yú)正下方的地層剖面二維聲圖。
淺地層剖面儀發(fā)射的功率決定儀器的穿透深度。功率越大穿透越深；而分辨率(指沉積層的上下界面)則取決于儀器所發(fā)射的頻率，頻率越高，分辨率越高。要想使剖面儀穿透能力強(qiáng)，必須增加發(fā)射聲波的能量，即加長(zhǎng)發(fā)射脈沖長(zhǎng)度，但這樣就會(huì)造成剖面儀垂直分辨率(即對(duì)層厚的分辨率)的下降。為了兼顧穿透深度及分辨率，近年來(lái)已開(kāi)發(fā)了線性調(diào)頻脈沖淺地層剖面儀，它采用chirp(線性調(diào)頻)技術(shù)，即發(fā)射一個(gè)2-7kHz、Δf＝5kHz的chirp脈沖，接收時(shí)進(jìn)行匹配濾波，得到一個(gè)脈寬約等于1/Δf的回波脈沖，這樣設(shè)備的垂直分辨率就等于c/2Δf(其中c為聲速)，而與發(fā)射脈寬無(wú)關(guān)。解決了穿透深度和垂直分辨率的矛盾。使得在換能器尺寸受拖魚(yú)尺寸限制的情況下得到分辨率為0.15m，穿透深度為20-80m(軟泥)的較高指標(biāo)。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種江河堤防水下拋石檢測(cè)方法，其步驟如下使用兩套GPS雙頻瞬時(shí)接收機(jī)，一套作為GPS參考站架設(shè)在陸地上，另一套作為GPS流動(dòng)站放在測(cè)量船上，其接收天線固定在電纜檢波器的位置；將淺地層剖面儀的發(fā)射探頭和接收電纜掛在測(cè)量船的舷外(如左或右舷)，放入水中，使用導(dǎo)航軟件進(jìn)行水上定位，輸入設(shè)計(jì)測(cè)線初始點(diǎn)坐標(biāo)；按設(shè)計(jì)測(cè)線導(dǎo)航，航速控制在2.5節(jié)左右，采用走航時(shí)連續(xù)測(cè)量的方式，實(shí)時(shí)記錄測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)航跡位置圖；使用淺地層剖面儀對(duì)水下拋石區(qū)進(jìn)行檢測(cè)，并形成地層剖面二維聲圖作為記錄；將航跡位置圖和地層剖面聲圖相結(jié)合，從而檢測(cè)水下拋石范圍，分別判斷出無(wú)石區(qū)、有石區(qū)和石上淤泥沉淀覆蓋區(qū)。
本發(fā)明的上述方案，可以有以下不同的具體優(yōu)化方案1、所述的江河堤防水下拋石檢測(cè)方法中，對(duì)于淺地層剖面儀記錄下的地層剖面聲圖按以下規(guī)律進(jìn)行解讀有石區(qū)，地層剖面聲圖上拋石界面反射相位不連續(xù)，表現(xiàn)為顆粒狀條帶，其下部為強(qiáng)噪音信號(hào)；無(wú)石區(qū)的江底土層，地層剖面聲圖表現(xiàn)為均勻的黑條帶，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩層及以上的反射相位同相軸；對(duì)拋石上存在沉積泥土的落淤區(qū)，地層剖面聲圖上層是江底土層特征，為顏色很深的黑條帶，下層是拋石特征，為顆粒狀條帶。
2、所述的江河堤防水下拋石檢測(cè)方法采用線性掃描式淺地層剖面儀系統(tǒng)，如CP931型淺地層剖面儀。
3、所述的江河堤防水下拋石檢測(cè)方法所用的GPS雙頻瞬時(shí)RTK接收機(jī)型號(hào)為SR530。
采用上述方案后，根據(jù)具體實(shí)施的檢測(cè)結(jié)果可知，該檢測(cè)方法能清晰的分辨出拋石區(qū)和無(wú)石區(qū)的界線，以及拋石后的上部落淤區(qū)、粉質(zhì)砂壤土江底面，并且檢測(cè)成本低，效率高，測(cè)量所獲取的聲學(xué)記錄剖面在形態(tài)上與地質(zhì)剖面接近；與設(shè)計(jì)圖紙比對(duì)后，可以檢測(cè)出水下拋石的施工質(zhì)量。
本發(fā)明為堤防水下拋石的施工質(zhì)量提供了一種現(xiàn)代、有效、可靠的檢測(cè)方法，該方法所獲得的記錄分辨率高，直觀性強(qiáng)。


圖1～圖4分別是水下拋石的幾種典型淺地層剖面圖其中，圖1與圖2為拋石區(qū)和無(wú)石區(qū)的對(duì)照；圖3與圖4為拋石區(qū)、落淤區(qū)和無(wú)石區(qū)的對(duì)照；圖5是與圖1對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)拋石斷面；圖6是設(shè)計(jì)拋石范圍與淺地層剖面儀實(shí)測(cè)外緣線比較圖；圖7是實(shí)施例1的A江堤水下拋石淺地層剖面檢測(cè)縱斷面圖(節(jié)選1806.3m)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1，一種江河堤防水下拋石檢測(cè)方法，使用英國(guó)GeoAcoustics公司生產(chǎn)的CP931型線性掃描式淺地層剖面儀系統(tǒng)，它發(fā)射的掃頻寬度為1.5～3.5kHz和3.7～7.5kHz兩檔，穿透深度可達(dá)到40m。所述淺地層剖面儀采用高分辨率方式，儀器發(fā)射探頭及接收電纜掛在測(cè)量船的右舷，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)比較，將入水深度定為0.7m。使用兩套瑞士Leica公司生產(chǎn)的SR530型GPS雙頻瞬時(shí)RTK接收機(jī)，一套作為GPS參考站架設(shè)在陸地上，另一套作為GPS流動(dòng)站放在測(cè)量船上，其接收天線固定在電纜檢波器的位置；在三個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，分別是A、B和C江堤，測(cè)量目的是尋找江中拋石，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)比較，確定所述淺地層剖面儀采用高分辨率方式，儀器發(fā)射探頭及接收電纜入水深度0.7m。
使用導(dǎo)航軟件進(jìn)行水上定位，輸入設(shè)計(jì)測(cè)線坐標(biāo)；按設(shè)計(jì)測(cè)線導(dǎo)航，航速控制在2.5節(jié)左右，采用走航時(shí)連續(xù)測(cè)量的方式，實(shí)時(shí)記錄測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)；使用淺地層剖面儀對(duì)水下拋石區(qū)進(jìn)行檢測(cè)，并形成地層剖面聲圖作為記錄。
對(duì)于地層剖面聲圖按以下規(guī)律進(jìn)行解讀，參見(jiàn)圖1～圖4有石區(qū)，地層剖面聲圖上拋石界面反射相位不連續(xù)，表現(xiàn)為顆粒狀條帶，其下部為強(qiáng)噪音信號(hào)；無(wú)石區(qū)的江底土層，地層剖面聲圖表現(xiàn)為均勻的黑條帶，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩層及以上的反射相位同相軸；對(duì)拋石上存在沉積泥土的落淤區(qū)，地層剖面聲圖上層是江底土層特征，為顏色很深的黑條帶，下層是拋石特征，為顆粒狀條帶。
將地層剖面聲圖和航跡位置圖結(jié)合，可檢測(cè)出水下拋石后的狀況；與設(shè)計(jì)圖紙比對(duì)后，可以判斷水下拋石的施工質(zhì)量。
A江堤水下拋石，淺地層剖面儀共檢測(cè)了14個(gè)橫斷面和3條沿水流方向的縱斷面。每條橫斷面檢測(cè)寬度120-150m，每條縱斷面檢測(cè)長(zhǎng)度4.6-4.8km，探測(cè)時(shí)水面高程6.30m。B馬鞍山腰坦池水下拋石共檢測(cè)了12個(gè)橫斷面，探測(cè)時(shí)水面高程3.80m。馬鞍山陳焦圩江堤水下拋石區(qū)共檢測(cè)了10個(gè)橫斷面，探測(cè)時(shí)水面高程3.60m。
檢測(cè)時(shí)，因長(zhǎng)江水位已到枯水平臺(tái)附近，測(cè)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，故淺地層剖面儀不能測(cè)量到設(shè)計(jì)拋石的全寬。但是，根據(jù)測(cè)量點(diǎn)航跡坐標(biāo)，可準(zhǔn)確判斷出江中拋石前緣線的位置，以便與設(shè)計(jì)拋石位置進(jìn)行套圖比較。
參見(jiàn)圖5，為圖1的設(shè)計(jì)斷面，二者相比，可見(jiàn)該斷面外側(cè)拋石寬度不足。同樣，在檢測(cè)中也發(fā)現(xiàn)部分實(shí)際拋石外緣線超出設(shè)計(jì)外緣線，這可能與過(guò)去歷史拋石和岸坡沖刷有關(guān)。
據(jù)此，將A工程各橫斷面的實(shí)測(cè)拋石外緣線與竣工時(shí)的拋石外緣線比較，可見(jiàn)，局部區(qū)段實(shí)際拋石寬度超出設(shè)計(jì)寬度，也有區(qū)段設(shè)計(jì)拋石寬度內(nèi)局部未見(jiàn)到拋石。14個(gè)淺地層剖面儀檢測(cè)的橫斷面中8個(gè)橫斷面實(shí)際拋石外緣線超出設(shè)計(jì)外緣線，超出幅度值在2.4～73.5m。6個(gè)橫斷面實(shí)際拋石外緣線小于設(shè)計(jì)外緣線，減小幅度值在6.8～18.3m。
參見(jiàn)圖7，從圖可知，A工程中有部分設(shè)計(jì)拋石區(qū)中未見(jiàn)拋石，又有部分非設(shè)計(jì)拋石區(qū)中可見(jiàn)拋石。
對(duì)B工程水下拋石檢測(cè)結(jié)果為設(shè)計(jì)拋石區(qū)基本都有拋石存在，未見(jiàn)大面積無(wú)拋石的區(qū)域。全部檢測(cè)斷面的實(shí)際拋石外緣線均超出設(shè)計(jì)外緣線，超出幅度值在4.3-17.2m。對(duì)C工程水下拋石檢測(cè)結(jié)果為設(shè)計(jì)拋石區(qū)(竣工圖)基本都有拋石存在，未見(jiàn)大面積無(wú)拋石的區(qū)域。10個(gè)淺地層剖面檢測(cè)斷面中4個(gè)實(shí)際拋石外緣線超出設(shè)計(jì)外緣線，超出幅度值在0.2～8.3m。5個(gè)實(shí)際拋石外緣線小于設(shè)計(jì)外緣線，減小幅度值在3.5～8.8m。
三個(gè)工程的淺地層剖面儀檢測(cè)表明，使用本發(fā)明的檢測(cè)方法能清晰地分辨出拋石區(qū)和無(wú)石區(qū)的界線，以及拋石后的上部落淤區(qū)、粉質(zhì)砂壤土江底面；通過(guò)與設(shè)計(jì)圖紙的比對(duì)，可以方便有效的檢測(cè)水下拋石范圍達(dá)標(biāo)與否。
權(quán)利要求
1.一種江河堤防水下拋石檢測(cè)方法，其步驟如下使用兩套GPS雙頻瞬時(shí)接收機(jī)，一套作為GPS參考站架設(shè)在陸地上，另一套作為GPS流動(dòng)站放在測(cè)量船上，其接收天線固定在電纜檢波器的位置；采用線性調(diào)頻技術(shù)的淺地層剖面儀，將其發(fā)射探頭和接收電纜掛在測(cè)量船的舷外，放入水中，使用導(dǎo)航軟件進(jìn)行水上定位，輸入設(shè)計(jì)測(cè)線初始坐標(biāo)；按設(shè)計(jì)測(cè)線導(dǎo)航，航速控制在2.5節(jié)左右，采用走航時(shí)連續(xù)測(cè)量的方式，實(shí)時(shí)記錄測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)航跡位置圖；使用淺地層剖面儀對(duì)水下拋石區(qū)進(jìn)行檢測(cè)，并形成地層剖面二維聲圖作為記錄；將航跡位置圖和地層剖面二維聲圖相結(jié)合，從而檢測(cè)水下拋石范圍，分別判斷出無(wú)石區(qū)、有石區(qū)和石上淤泥沉淀覆蓋區(qū)。
2.按照權(quán)利要求1所述的江河堤防水下拋石檢測(cè)方法，其特征在于對(duì)于淺地層剖面儀記錄下的地層剖面聲圖按以下步驟進(jìn)行解讀檢看地層剖面聲圖有石區(qū)，地層剖面聲圖上拋石界面反射相位不連續(xù)，表現(xiàn)為顆粒狀條帶，其下部為強(qiáng)噪音信號(hào)；無(wú)石區(qū)的江底土層，地層剖面聲圖表現(xiàn)為均勻的黑條帶，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩層及以上的反射相位同相軸；對(duì)拋石上存在沉積泥土的落淤區(qū)，地層剖面聲圖上層是江底土層特征，為顏色很深的黑條帶，下層是拋石特征，為顆粒狀條帶。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的江河堤防水下拋石檢測(cè)方法，其特征在于，增加有以下步驟將解讀出的地層剖面聲圖與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行比對(duì)，檢測(cè)水下拋石范圍的達(dá)標(biāo)程度。
全文摘要
江河堤防水下拋石檢測(cè)方法定位使用兩套GPS雙頻瞬時(shí)接收機(jī)，一套為GPS參考站設(shè)在陸上，另一套為GPS流動(dòng)站在測(cè)量船上，其接收天線固定在電纜檢波器位置；采用chirp技術(shù)的淺地層剖面儀，將發(fā)射探頭放入水中，使用導(dǎo)航軟件進(jìn)行水上定位，輸入設(shè)計(jì)測(cè)線初始坐標(biāo)；按設(shè)計(jì)測(cè)線導(dǎo)航，采用走航時(shí)連續(xù)測(cè)量方式，實(shí)時(shí)記錄測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)航跡位置圖；使用淺地層剖面儀對(duì)水下拋石區(qū)進(jìn)行檢測(cè)，形成地層剖面二維聲圖記錄；將航跡位置圖和地層剖面聲圖相結(jié)合，與各種工況下水下拋石的典型淺剖圖像特征對(duì)照，從而檢測(cè)水下拋石范圍，判斷無(wú)石區(qū)、有石區(qū)和石上淤泥沉淀覆蓋區(qū)。本發(fā)明為堤防水下拋石提供了有效、可靠的檢測(cè)方法，記錄分辨率高，直觀性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01S15/00GK1940185SQ20061008616
公開(kāi)日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2006年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月6日
發(fā)明者何開(kāi)勝, 王國(guó)群 申請(qǐng)人:水利部交通部電力工業(yè)部南京水利科學(xué)研究院, 江蘇省工程物理勘察院