商河縣清源湖水庫(kù)大壩無(wú)損檢測(cè)成果淺析

牛景濤，周春蕾

（山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014）

隨著科技的發(fā)展，探地雷達(dá)在地下工程勘探、工程勘察、隱蔽工程隱患探測(cè)等環(huán)節(jié)發(fā)揮的作用越來(lái)越重要。在解決水利工程疑難問(wèn)題和高技術(shù)雜難問(wèn)題方面有明顯改善和提高，在顯示工程實(shí)際中一些切實(shí)無(wú)法解決的工程監(jiān)理和檢測(cè)問(wèn)題，現(xiàn)在通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)，已經(jīng)有了較為成熟和實(shí)用的解決方案。

清源湖水庫(kù)工程位于商河縣南部，商河縣玉皇廟鎮(zhèn)西南，水庫(kù)圍壩周長(zhǎng)4 043 m，設(shè)計(jì)庫(kù)底高程14.2 m，壩頂高程27.0 m，永久占地123.33 hm2，總庫(kù)容953.5 萬(wàn)m3，興利庫(kù)容860.7 萬(wàn)m3。主要建筑物級(jí)別為3 級(jí)，次要建筑物為4 級(jí)。水庫(kù)工程由圍壩、引水渠、節(jié)制閘、入庫(kù)泵站、出水井、泄水閘、截滲溝及2.4 km 引黃總干渠改線等工程組成。受商河縣水務(wù)局的委托，山東省水利科學(xué)研究院采用無(wú)損檢測(cè)探地雷達(dá)法對(duì)該水庫(kù)大壩進(jìn)行了質(zhì)量檢測(cè)。

1 檢測(cè)原理

探地雷達(dá)法無(wú)損檢測(cè)工作的原理就是采用設(shè)備自帶天線（發(fā)射極T）在壩頂沿壩軸線水平移動(dòng)，垂直向下發(fā)送高頻脈沖電磁波。高頻脈沖電磁波在壩體壩基土中傳播,當(dāng)遇到傳播速率不同的地下特定物體時(shí),如大壩土體空腔、孔洞或者是壩體、壩基分界面，發(fā)射的高頻脈沖電磁波便會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象，高頻脈沖電磁波反射回大壩壩頂時(shí)，由探地雷達(dá)自帶接收天線（接收極R）所接收。在對(duì)探地雷達(dá)自帶接收天線接收到的電磁波進(jìn)行處理和分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)接收到的高頻脈沖電磁波波的傳輸時(shí)間、波的強(qiáng)度和波的形狀等幾個(gè)特征參數(shù)便可推斷地下特定物體的三維位置、形態(tài)結(jié)構(gòu),從而可以獲得對(duì)地下特定物體的檢測(cè)成果。這是一種非破壞性的無(wú)損探測(cè)技術(shù),已經(jīng)被用于探礦、考古、尋找地?zé)豳Y源、電力、工程勘察等很多領(lǐng)域,且具有很高的探測(cè)精度和分辨率。

本次工作所用儀器為瑞典RADARTEM 公司研發(fā)和生產(chǎn)的大穿透深度新一代Cobra plug-In 地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的實(shí)時(shí)采樣技術(shù)，使信噪比提高45dB，勘探深度增加一倍以上，采用SE-40 收發(fā)一體天線和半屏蔽技術(shù)，進(jìn)一步增加了勘探深度和屏蔽效果，勘探深度0～100 m，可在較強(qiáng)電磁干擾地面獲得可信的探測(cè)結(jié)果。已經(jīng)被廣泛的運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域中，包括公路檢測(cè)、溶洞探測(cè)、地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)、管線探測(cè)、軍事與安全、考古探測(cè)、冰川考察等。

采集系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。SUBECHO系列天線主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

2 檢測(cè)技術(shù)方法

本次清源湖水庫(kù)大壩壩體壩基無(wú)損探測(cè)采用瑞典RADARTEM 公司研發(fā)和生產(chǎn)的大穿透深度新一代Cobra plug-In 地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行探測(cè)，根據(jù)大壩壩體和壩基需要探測(cè)的深度和庫(kù)區(qū)、壩體壩基等地質(zhì)情況，采用連續(xù)剖面法對(duì)水庫(kù)圍壩進(jìn)行測(cè)量。

表1 采集系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)表

表2 SUBECHO 系列天線主要技術(shù)指標(biāo)

使用探地雷達(dá)對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行測(cè)量時(shí)，一般采用連續(xù)剖面法進(jìn)行，即拖動(dòng)發(fā)射天線和接收天線，使兩天線沿測(cè)線同步移動(dòng)，且保持兩天線間距固定。本次檢測(cè)采用SE-40 收發(fā)一體天線。

檢測(cè)結(jié)束后，采用GSSI 公司推出的RADAN專(zhuān)用雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，該軟件在WINDOWS 界面下運(yùn)行，操作界面簡(jiǎn)單易懂，操作過(guò)程直觀明了。雷達(dá)檢測(cè)資料處理順序見(jiàn)圖1。

圖1 雷達(dá)資料處理流程圖

3 檢測(cè)成果

壩體內(nèi)滲漏區(qū)與周?chē)軐?shí)介質(zhì)之間介電常數(shù)之間存在明顯差異，故滲漏區(qū)反射波能量較大。當(dāng)壩體內(nèi)局部松散或有滲漏時(shí)，電磁波反射同相軸雜亂，相應(yīng)的會(huì)有很多弧形繞射波反應(yīng)；當(dāng)松散部位含水量較高的時(shí)候，電磁波頻率會(huì)比較低，且出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象。當(dāng)壩體內(nèi)介質(zhì)較為完整時(shí)，信號(hào)較弱甚至無(wú)反射信號(hào)。

沿壩頂軸線布置測(cè)線，沿測(cè)線進(jìn)行雷達(dá)探測(cè)的成果圖中，橫向數(shù)據(jù)代表天線沿大壩測(cè)線檢測(cè)的距離，左側(cè)豎向數(shù)據(jù)代表探地雷達(dá)發(fā)射和接受電磁波的雙程行走時(shí)間，右側(cè)數(shù)據(jù)代表探地雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)時(shí)所探測(cè)的深度。

由地質(zhì)雷達(dá)測(cè)量斷面圖所示，整個(gè)斷面內(nèi)由能量較弱的水平狀反射波出現(xiàn)，且出現(xiàn)電磁波震蕩現(xiàn)象；推測(cè)由于壩體內(nèi)局部地層滲透系數(shù)較高所致。斷面內(nèi)局部地段反射同相軸由輕微的擾動(dòng)特征，說(shuō)明壩體內(nèi)地層局部不均勻，因擾動(dòng)能量較弱，推測(cè)不應(yīng)為滲漏等因素引起。根據(jù)探地雷達(dá)檢測(cè)成果，經(jīng)綜合分析評(píng)判，認(rèn)為土清源湖水庫(kù)大壩壩體內(nèi)部局部存在集中滲漏部位。

在可能存在壩基軟弱松散夾層處進(jìn)行了補(bǔ)充地質(zhì)勘探。現(xiàn)場(chǎng)取芯證實(shí)，圍壩1+490～1+530和2+500～2+540 段深度14 m 左右，壩基存在0.6～1.2 m 厚夾砂層，現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘探成果表明，清源湖水庫(kù)大壩樁號(hào)0+224～0+265 m 和1+230～1+270 兩處大壩壩基存在滲漏隱患，清源湖水庫(kù)大壩上述部位壩基滲漏嚴(yán)重，壩后蘆葦茂盛，說(shuō)明地質(zhì)勘探、探地雷達(dá)檢測(cè)成果與現(xiàn)狀相吻合，該物探分析成果經(jīng)與實(shí)際地質(zhì)勘探成果驗(yàn)證，完全符合客觀實(shí)際。

4 結(jié) 語(yǔ)

商河縣清源湖水庫(kù)大壩無(wú)損檢測(cè)成果表明，應(yīng)用探地雷達(dá)對(duì)大壩壩體壩基進(jìn)行檢測(cè)，用以探測(cè)大壩工程是否存在滲漏等隱患非常實(shí)用有效。隨著探地雷達(dá)應(yīng)用技術(shù)在水利工程領(lǐng)域的普及，其在水利工程隱患探測(cè)方面發(fā)揮的作用將愈來(lái)愈重要。