地質(zhì)雷達(dá)在河堤水閘安全鑒定中的應(yīng)用

秦偉桃

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九三大隊(duì)，廣東 510800）

1 概述

隨著國家水利設(shè)施不斷的建設(shè)，對(duì)于沿江沿海地區(qū)生活的人們來說，河堤水閘的安全性問題，越來越關(guān)系到當(dāng)?shù)貐^(qū)和人民的生命和財(cái)產(chǎn)的安全。對(duì)于保護(hù)人民安全的河堤水閘來說，由于長(zhǎng)久的受到水流的沖刷，存在于河堤水閘基礎(chǔ)底部中的病害由于無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，所以很難得到及時(shí)地處理，直到發(fā)生破壞時(shí)（管涌或滲漏）才被發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重影響了其排洪防澇的功能，這需要我們及時(shí)的通過技術(shù)手段提前發(fā)現(xiàn)并排除潛在的風(fēng)險(xiǎn)隱患，本文結(jié)合工程實(shí)例，將地質(zhì)雷達(dá)方法應(yīng)用于河堤水閘安全鑒定中，查明是否存在因多年運(yùn)行水力沖刷等原因造成的基礎(chǔ)地下空洞、土體松散區(qū)等隱患。

2 工作原理

地質(zhì)雷達(dá)作為工程物探檢測(cè)的一項(xiàng)新技術(shù)，具有連續(xù)、無損、高效和高精度等優(yōu)點(diǎn)［1］，通過地質(zhì)雷達(dá)天線發(fā)射器將頻率為數(shù)十兆赫至數(shù)千兆赫波段的電磁波，由地面發(fā)射至地下目標(biāo)體，經(jīng)過目標(biāo)體或不同地質(zhì)界面反射后返回接收，當(dāng)遇到不均勻體(界面)時(shí)會(huì)反射部分電磁波，其反射系數(shù)由介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)決定，通過對(duì)雷達(dá)主機(jī)所接收的反射信號(hào)進(jìn)行處理和圖像解譯，達(dá)到識(shí)別隱蔽目標(biāo)物的目的見圖1。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)工作原理示意圖

地層介質(zhì)之間存在著一定的物性差異，當(dāng)?shù)刭|(zhì)雷達(dá)發(fā)射電磁脈沖遇到不同介質(zhì)的層面時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生反射，由接收天線接收反射信號(hào)，并由儀器記錄下各信號(hào)到達(dá)的時(shí)間及幅度，經(jīng)過時(shí)域垂直帶通濾波、直達(dá)波去除、背景去噪、線性增益、平滑增益、時(shí)域水平帶通濾波，即可得到地下各地層分布情況的地質(zhì)雷達(dá)時(shí)間剖面圖。

地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射的高頻電磁波在地下介質(zhì)中傳播，根據(jù)地面反射與異常體或分界面反射的時(shí)間差Δt，即可計(jì)算出其埋藏深度Z［2］，即式（1）。

上式中，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)采集的時(shí)間數(shù)據(jù)和水平位移數(shù)據(jù)滿足精度要求，對(duì)電磁波在地下介質(zhì)中的傳播速度的精確程度也嚴(yán)重影響著探測(cè)目標(biāo)體埋藏深度的準(zhǔn)確性。對(duì)于求取的方法主要有介電常數(shù)法、波速霍夫變換法和綜合法等方法［3］。

根據(jù)大量的實(shí)際測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，本文采用介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)和波速見表1。

表1 介質(zhì)的介電常數(shù)和波速表

3 應(yīng)用實(shí)例

在佛山市順德區(qū)龍江鎮(zhèn)歌滘水閘范圍內(nèi)各基礎(chǔ)，因多年運(yùn)行水力沖刷等原因造成的基礎(chǔ)地下土體松散區(qū)等塌陷隱患。本次地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)采用意大利IDS公司fastwave 1ch雷達(dá)系統(tǒng)，其主要部件包括：平板電腦、IDS雷達(dá)主機(jī)、80MHz收發(fā)一體天線、測(cè)距輪傳輸電纜及GRESWIN2處理軟件。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)參數(shù)試驗(yàn)，選取最優(yōu)工作參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)定的工作參數(shù)：選取的天線中心頻率為80MHz；設(shè)置的時(shí)間時(shí)窗為400ns；測(cè)線距離為2m；測(cè)點(diǎn)距離為0.2m；采樣速率為512次掃描/秒。測(cè)線布置根據(jù)異常點(diǎn)的類型、發(fā)育程度、空間位置采用“井字型”布置原則［4］，實(shí)測(cè)剖面見圖2-圖4。

圖2 地質(zhì)雷達(dá)剖面一

圖4 地質(zhì)雷達(dá)剖面三

本次佛山市順德區(qū)龍江鎮(zhèn)歌滘水閘安全鑒定中共探測(cè)出2個(gè)地質(zhì)雷達(dá)異常區(qū)YC01、YC02。

（1）地質(zhì)雷達(dá)YC01異常

地質(zhì)雷達(dá)時(shí)間剖面圖顯示分別在地質(zhì)雷達(dá)剖面一1m～10m、地質(zhì)雷達(dá)剖面二1m～10m、地質(zhì)雷達(dá)剖面三1m～10m岀現(xiàn)明顯的反射能量增強(qiáng)、同軸連續(xù)性較差地質(zhì)雷達(dá)異常，異常性質(zhì)推測(cè)為土體松散，深度3.5m～7.0m。

圖3 地質(zhì)雷達(dá)剖面二

（2）地質(zhì)雷達(dá)YC02異常

地質(zhì)雷達(dá)時(shí)間剖面圖顯示，分別地質(zhì)雷達(dá)剖面一22m～30m、地質(zhì)雷達(dá)剖面二23m～35m、地質(zhì)雷達(dá)剖面三23m～35m岀現(xiàn)明顯的反射能量增強(qiáng)、同軸連續(xù)性較差地質(zhì)雷達(dá)異常；異常性質(zhì)推測(cè)為土體松散，深度3m～8.5m。

4 結(jié)論

（1）在經(jīng)過多年長(zhǎng)時(shí)間水流沖刷的河堤水閘，其基礎(chǔ)下部土體會(huì)存在出現(xiàn)土體松散、空洞等隱患，在運(yùn)行過程中存在安全問題，通過采用地質(zhì)雷達(dá)無損檢測(cè)方法提前進(jìn)行安全鑒定，能有效避免后續(xù)管涌、滲漏等災(zāi)害的發(fā)生。

（2）地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)過程中需要注意幾個(gè)問題：水閘中是否有積水，有積水的情況下會(huì)對(duì)信號(hào)采集有衰減吸收作用；地質(zhì)雷達(dá)布置測(cè)量的起始點(diǎn)位置需要用RTK或全站儀定位，以保證異常位置的準(zhǔn)確性，對(duì)測(cè)線方向的把控以及測(cè)量起始點(diǎn)的準(zhǔn)確性對(duì)于處理解釋異常體的位置歸位十分重要［5］。

（3）經(jīng)過工程實(shí)踐證明,在河堤水閘安全鑒定中使用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)方法能清晰地識(shí)別出異常目標(biāo)體，可取得較好的應(yīng)用效果。