截滲墻連續(xù)性探地雷達(dá)可行性研究

許顥礫　張猛　王正勇

[摘要]本文簡述了截滲墻的結(jié)構(gòu)特征與探地雷達(dá)的原理，深入探討了截滲墻連續(xù)性探地雷達(dá)檢測(cè)的方法原理。運(yùn)用數(shù)學(xué)模型、實(shí)例操作與圖譜分析，通過計(jì)算較為準(zhǔn)確地確定截滲墻墻體隱患位置，進(jìn)而采用特定樁機(jī)在該區(qū)域注入混泥土加固，增強(qiáng)抗洪能力。研究結(jié)果表明，該無損檢測(cè)方法可行，可靠，直觀，經(jīng)濟(jì)。

[關(guān)鍵詞]截滲墻 探地雷達(dá) 無損檢測(cè) 圖譜分析

[中圖分類號(hào)] P225.7 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-3-270-1

1引言

2/3的中國國土正在受洪水威脅，將近27萬公里堤防，許多水庫需要鞏固，而且許多工程存在隱患。堤防現(xiàn)狀檢查是防止汛期出現(xiàn)重大災(zāi)情最有效的措施之一，其檢查內(nèi)容包括裂縫、滑坡、跌窩、洞穴等。截滲墻技術(shù)是采用多頭小直徑深層攪拌截滲樁機(jī)把水泥漿噴入并攪拌形成混泥土，以混合的泥漿作為固化劑，進(jìn)而使土體固結(jié)成具有良好整體、穩(wěn)定性和防滲透性能較強(qiáng)的混泥土截滲墻，達(dá)到截滲的目的。該技術(shù)雖已在堤防加固中廣泛應(yīng)用，但由于施工中，容易出現(xiàn)夾縫；在粘土層、樹根多的地方，截滲墻易出現(xiàn)粘土塊、樹根貫穿墻體的情況，截滲墻連續(xù)性得不到保證，易留下隱患。傳統(tǒng)的鉆孔、開挖、圍井等有損方法對(duì)截滲墻連續(xù)性檢測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，局限性大，而探地雷達(dá)檢測(cè)是一種無損探測(cè)方法且經(jīng)濟(jì)便捷。

2原理解釋

根據(jù)電磁波理論，雷達(dá)發(fā)射和接收的電磁波的傳播特性取決于介質(zhì)的波阻抗η，而波阻抗η又主要與介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)ε成比例關(guān)系，即η=1/■。當(dāng)相鄰的兩個(gè)介質(zhì)ε存在差異時(shí)，也就是兩介質(zhì)的波阻抗η不同時(shí)，使電磁波入射到梁結(jié)構(gòu)層面時(shí)產(chǎn)生反射形成被儀器接收的反射波，從而使關(guān)于該結(jié)構(gòu)層的分界面被識(shí)別出來。這種波阻抗差異可用反射系數(shù)R表示如下：

也可以用功率反射系數(shù)Pr表示，即Pr=R2。介質(zhì)的電性和差異可被反射系數(shù)直接反映出來。由上述表達(dá)式可知，一定深度范圍內(nèi)兩相鄰介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)ε差異越大反射波會(huì)越強(qiáng)，反射界面越容易被識(shí)別。

3實(shí)地運(yùn)用

我們用探地雷達(dá)探測(cè)某剖面，天線工作頻率50MHz，采集時(shí)窗為700ns，迭加64次，點(diǎn)測(cè)距離0.5 m 。因?yàn)榛炷料鄬?duì)介電常數(shù)ε通常為6.4，高頻脈沖速度為0.12 m /ns，考慮場(chǎng)地因素，結(jié)合實(shí)際截滲墻體內(nèi)高頻脈沖速度應(yīng)取0.10 m /ns。從圖中能清楚地識(shí)別各種干擾影響并消除干擾因素，能客觀地評(píng)價(jià)防滲墻墻體的質(zhì)量。檢測(cè)時(shí)，壩頂有架空電線，它影響雷達(dá)波形，以樁號(hào)215為中心表現(xiàn)為一個(gè)拋物線，在5～20米信號(hào)相當(dāng)強(qiáng)，繼續(xù)保持模糊30m左右仍可見；在波形215比較雜亂，拋物線呈不連續(xù)狀態(tài)，分析認(rèn)為是建筑排水孔受到影響的原因。在圖右側(cè)，能模糊看到一條普通線向左傾斜的圖像，根據(jù)分析該波行由壩頂線桿所致。頂部圖像約0～5m處，由于在壁和滲漏水體的沖擊影響下，一些金屬物體試?yán)走_(dá)剖面出現(xiàn)不連續(xù)的部分。經(jīng)以上分析，我們可以認(rèn)為混凝土截滲墻連續(xù)性較好，沒有明顯的槽搭接及混凝土離析現(xiàn)象。下部圖像超過30米的雷達(dá)沒有顯著變化，表明墻體和基巖接觸良好，達(dá)到了所需要的深度。在插槽截滲墻澆筑施工期間，我們單獨(dú)給插槽進(jìn)行了測(cè)量。為了減輕地表?xiàng)l件的干擾，我們使天線垂直以測(cè)出截滲墻走向的雷達(dá)剖面。

如上左圖所示，在一些雜波波形多數(shù)在截滲墻頂部，分析認(rèn)為影響因素有兩種：一是墻頂積水對(duì)電磁波信號(hào)干擾較大；二是截滲墻體內(nèi)含部分鋼筋，金屬物質(zhì)對(duì)信號(hào)干擾強(qiáng)烈。在樁號(hào)536.8有相對(duì)較強(qiáng)的反射信號(hào)，從一個(gè)深度約5米至30米處的振幅延伸一直堅(jiān)挺，推測(cè)認(rèn)為槽孔接頭局部不密實(shí)是槽孔搭接縫的體現(xiàn)。樁號(hào)537.8處約10米的深度，出現(xiàn)波形異常區(qū)，有激烈雷達(dá)反射信號(hào)，附近墻體上應(yīng)有一存在混凝土離析現(xiàn)象且不密實(shí)的局部區(qū)域。在20m左右深度的圖像右側(cè)區(qū)域能清晰地看到雷達(dá)信號(hào)的波形雜亂的強(qiáng)反射，分析可得粗骨料混凝土的集中反映。根據(jù)圖中標(biāo)有較為明顯的存在上下差異曲線，推測(cè)截滲墻底部與基巖面接觸。

4結(jié)論

探地雷達(dá)探測(cè)水庫截滲墻是一種有效的方法，通過檢測(cè)整個(gè)墻面， 可以更準(zhǔn)確地找出存在隱患的墻段，為下一步打樁提供依據(jù)。在相比于傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)，其能全方面的對(duì)截滲墻進(jìn)行檢測(cè)，接受天線接收信號(hào)，輸入計(jì)算機(jī)保存并處理形成圖像，最后用相應(yīng)的數(shù)學(xué)原理公式計(jì)算并分析得出截滲墻的連續(xù)程度。運(yùn)用該方法的主要優(yōu)勢(shì)：設(shè)備輕便，攜帶方便；無損探測(cè)技術(shù)；與其它地球物理探測(cè)方法相比，數(shù)據(jù)采集更快，精確度更高；圖像更加直觀。但在其使用過程中干擾因素的存在是不可避免的 ，正確的識(shí)別干擾 ，進(jìn)而得到正確的分析結(jié)果 。對(duì)探地雷達(dá)仍在繼續(xù)發(fā)展，探測(cè)不良地質(zhì)狀況時(shí)效果良好，但其精度不能達(dá)到百分之百，對(duì)圖像的解讀還需積累大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在相對(duì)于地震法的探測(cè)，探地雷達(dá)法沒有地震法的深度大，但是對(duì)于堤壩截滲墻的探測(cè)是合適的。

基金項(xiàng)目：中國礦業(yè)大學(xué)2013年大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)： X10290132）

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