水庫堤壩中的防滲墻中地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用

◎ 趙波 新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘測(cè)總隊(duì)

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水庫堤壩中的防滲墻中地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用

◎ 趙波 新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘測(cè)總隊(duì)

水庫大壩運(yùn)行過程中，為了保證大壩運(yùn)行的安全，需要做好防滲墻的探測(cè)工作。但是由于水庫大壩防滲墻工程為隱蔽工程，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易探測(cè)，所以，在進(jìn)行探測(cè)時(shí)需要使用高分辨率物探方法。本文以實(shí)際工程為例，首先對(duì)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的基本原理進(jìn)行了介紹，然后對(duì)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的具體應(yīng)用進(jìn)行了分析探討。

水庫堤壩 防滲墻探測(cè) 地質(zhì)雷達(dá)

1.工程概況

某水庫工程經(jīng)過多年的運(yùn)行，大壩蓄水后出現(xiàn)了嚴(yán)重的滲水情況，壩后多次出現(xiàn)管涌和流土的情況，壩體因裂陷而出現(xiàn)了滲透破壞，對(duì)工程的安全造成了比較大的影響。因此，為了可以采取合理的應(yīng)對(duì)措施，需要對(duì)防滲墻墻體的基本情況進(jìn)行探測(cè)，找出墻體中出現(xiàn)的不連續(xù)地段，從而針對(duì)性的采取治理措施。

2.防滲墻探測(cè)方案選取

防滲墻成墻質(zhì)量檢測(cè)方式有鉆孔取心技術(shù)、超聲波對(duì)穿法、跨孔地震CT技術(shù)三種，在實(shí)際使用中都存在不足之處，而且使用前對(duì)防滲墻進(jìn)行鉆孔處理也是必不可少的環(huán)節(jié)。隨著科技發(fā)展浪潮的不斷推進(jìn)，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在防滲墻檢查中得到了廣泛的應(yīng)用，而且經(jīng)實(shí)踐證實(shí)已取得了顯著的成績(jī)。地質(zhì)雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為具有較高的分辨率、定位精確而且不會(huì)產(chǎn)生其他不良影響。隨著技術(shù)人員對(duì)其的深入研究，地質(zhì)雷達(dá)已廣泛應(yīng)用于工程勘察、水文地質(zhì)調(diào)查、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中，有效增強(qiáng)了工程的實(shí)效性，對(duì)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了一定的促進(jìn)作用。

3.地質(zhì)雷達(dá)的工作原理及方法可行性分析

3.1工作原理

地質(zhì)雷達(dá)的工作原理是通過高頻電磁波傳遞信號(hào)并借助發(fā)射天線將信號(hào)傳遞給檢測(cè)介質(zhì)，從而直觀地反映出地質(zhì)狀況的相關(guān)信息。因?yàn)椴煌橘|(zhì)不管是在導(dǎo)電性能方面或是介電常數(shù)都是不盡相同的，通過雷達(dá)天線所發(fā)射出來的電磁波能量部分會(huì)發(fā)生反射到達(dá)地表，從而被接收天線進(jìn)行有效接收，剩余的能量則透過界面反射到地面，最終所獲取的能量被完全吸收。若發(fā)射天線與接收天線之間保持穩(wěn)定的距離則可清楚地將地下介質(zhì)分布情況相關(guān)圖像呈現(xiàn)出來。雙天線地質(zhì)雷達(dá)的檢測(cè)方法主要包括剖面法、寬角法、透射觀測(cè)三種。

工作人員在進(jìn)行地質(zhì)探測(cè)過程中應(yīng)根據(jù)該區(qū)域?qū)嶋H波形特征及幾何特性，準(zhǔn)確得出地下目標(biāo)物的深度及分布狀況。雷達(dá)檢測(cè)原理如圖1所示。處于介電常數(shù)變動(dòng)的兩個(gè)介質(zhì)相交區(qū)域電磁波會(huì)發(fā)生與之相對(duì)應(yīng)的反射或者折射現(xiàn)象，而且介質(zhì)電性與反射波的強(qiáng)弱有著密不可分的聯(lián)系。

圖1　雷達(dá)探測(cè)原理圖

3.2防滲墻檢測(cè)可行性的有效分析

在實(shí)際施工中一些外界因素的影響會(huì)造成防滲墻內(nèi)部或者底面出現(xiàn)不同程度的裂縫等不良現(xiàn)象。當(dāng)雷達(dá)波碰到這種特殊界面時(shí)會(huì)發(fā)生反射，這些墻體的不均勻性直接會(huì)造成雷達(dá)信號(hào)所傳遞出來的聲波發(fā)生紊亂，而當(dāng)墻體完好無損時(shí)雷達(dá)波碰到墻體界面時(shí)不會(huì)出現(xiàn)反射波，可依據(jù)雷達(dá)所傳遞出的信號(hào)波動(dòng)特征判斷出防滲墻有無裂縫等異常情況的發(fā)生。

3.3數(shù)據(jù)處理和解釋

地質(zhì)雷達(dá)所探測(cè)的圖形主要是通過脈沖反射波的形式進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，借助波形的特點(diǎn)及相關(guān)顏色的變化顯示出雷達(dá)剖面圖。對(duì)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)資料的解釋包含數(shù)據(jù)的有效處理與圖像的分析兩層內(nèi)容。由于所處區(qū)域的差異，其所屬的地下介質(zhì)情況也存在很大出入，不同介質(zhì)對(duì)波的吸收程度也不盡相同，最終得出的波形與初始發(fā)射波形有明顯的區(qū)別。與此同時(shí)，一些突發(fā)狀況比如噪聲等也會(huì)對(duì)雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生一定的影響，造成所測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)一定的偏差。所以，技術(shù)人員對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行必要的處理，提高信號(hào)的穩(wěn)定性，從而獲取清晰的圖像。

在進(jìn)行圖像處理時(shí)要對(duì)所產(chǎn)生噪聲產(chǎn)生的原因進(jìn)行有效分析后找出問題的出處，最大限度地減少雜波現(xiàn)象的發(fā)生。在地質(zhì)雷達(dá)圖像解釋與分析中有效辨別干擾波類型并判斷出目標(biāo)體的相關(guān)信息是最為關(guān)鍵的內(nèi)容，當(dāng)?shù)乇頎顩r處于正常情況下時(shí)地質(zhì)雷達(dá)通過一系列的檢測(cè)可得出清晰的雷達(dá)圖像，這樣便于技術(shù)人員分析工作的有效開展，而地質(zhì)狀況變化幅度較大時(shí)則所接收到的信號(hào)就會(huì)受到種種因素的影響，給技術(shù)人員圖像分析工作的開展帶來了一定的阻礙。

圖2　測(cè)點(diǎn)點(diǎn)距布置圖

4.地質(zhì)雷達(dá)在防滲墻檢測(cè)中的具體應(yīng)用

4.1檢測(cè)

本工程使用俄羅斯OKO-2型地質(zhì)雷達(dá)對(duì)混凝土防滲墻進(jìn)行連續(xù)性檢測(cè)，設(shè)計(jì)雷達(dá)中心頻率分別為50MHz 和250MHz。使用人工拖拽的方式進(jìn)行檢測(cè)，探測(cè)速度為1～2m/min，設(shè)置掃描速率為400次/s，疊加數(shù)為8，分別使用不同頻率的天線從不同的方向進(jìn)行檢測(cè)，探測(cè)深度在10m范圍內(nèi)。測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。為了檢測(cè)地震雷達(dá)的可靠性和有效性，在右壩肩布置了一個(gè)鉆孔，然后對(duì)地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)結(jié)果和鉆孔編錄成果進(jìn)行分析，分析證明地質(zhì)雷達(dá)對(duì)防滲墻進(jìn)行檢測(cè)具有比較高的檢測(cè)精度。

4.2檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理

防滲墻工程檢測(cè)的重點(diǎn)是對(duì)防滲墻進(jìn)行全面檢測(cè)，主要是檢測(cè)墻體是否完整、有無縫隙現(xiàn)象、墻體內(nèi)部構(gòu)造有無凹凸不平等情況。

按照測(cè)試段的實(shí)際情況，依據(jù)檢測(cè)目的，可分別使用25MH和100MH進(jìn)行檢測(cè)。25MH天線檢測(cè)是進(jìn)行簡(jiǎn)單檢測(cè)，而100MH檢測(cè)則比較具體，可對(duì)墻體有無異常狀況進(jìn)行檢驗(yàn)。以混凝土為材料的墻體，應(yīng)將測(cè)點(diǎn)距設(shè)置為1m，而水泥土為材料建筑的防滲墻段檢測(cè)的距離應(yīng)為0.5m。對(duì)雷達(dá)圖像的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理是為了使探測(cè)的圖像更加清晰，便于后期讀圖分析，通過圖像顯示可準(zhǔn)確判斷出地質(zhì)體出現(xiàn)異常的具體范圍及狀況。此次的檢測(cè)過程中，收集雷達(dá)數(shù)據(jù)時(shí)，野外收集數(shù)據(jù)受到的干擾很小，收集到數(shù)據(jù)的質(zhì)量比較高，有助于在室內(nèi)處理數(shù)據(jù)，在分析收集數(shù)據(jù)時(shí)，本工程使用RAD PRO商業(yè)軟件處理地質(zhì)雷達(dá)資料。

4.3雷達(dá)測(cè)試對(duì)防滲墻連續(xù)性的評(píng)價(jià)

防滲墻技術(shù)是壩體防滲處理的重要技術(shù)，防滲墻連續(xù)性檢測(cè)是對(duì)壩體墻的各個(gè)銜接面之間的銜接狀況進(jìn)行的檢測(cè)工作，以及水泥柱是否無孔隙進(jìn)行的檢測(cè)。在檢測(cè)范圍內(nèi)的各個(gè)墻面之間連接完整，并且頂面與底面之間起支撐的水泥柱也不存在斷裂或孔洞，就說明這段防滲墻的連續(xù)性良好。從該次檢測(cè)得到的雷達(dá)圖像可以看出，防滲墻內(nèi)部較均勻，墻體連接無縫隙，且底面連續(xù)性好，無滲漏跡象，柱體底部水泥樁沒有明顯缺失、間斷的情況，因此推斷墻體連續(xù)性良好。

綜上所述，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測(cè)時(shí)，地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)方法是一種應(yīng)用價(jià)值比較高的檢測(cè)方法，通過利用地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)整個(gè)墻面，可以將相對(duì)薄弱的墻段找出，及時(shí)消除施工中遇到的隱患，減小檢測(cè)范圍，為鉆孔取芯工作的開展提供了參考依據(jù)。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，難免會(huì)受到外接干擾，為了保證檢測(cè)準(zhǔn)確率，需要正確對(duì)待干擾，多總結(jié)探測(cè)經(jīng)驗(yàn)，保證探測(cè)質(zhì)量。

［1］蘇茂鑫，田鋼，曾昭發(fā).頻率補(bǔ)償技術(shù)在提高探地雷達(dá)分辨率中的應(yīng)用［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），2007（1）：164-167.

［2］張炎孫，蔡立信，蔣喜珍.地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)在水庫堤壩災(zāi)害治理工作中的應(yīng)用效果［J］.工程勘察，2003（1）：67-68.

［3］鄧世坤.探地雷達(dá)野外工作參數(shù)選擇的基本原則［J］.工程地球物理學(xué)報(bào)，2005（5）：323-329.