水庫堤壩中的防滲墻中地質雷達的應用

◎ 趙波 新疆水利水電勘測設計研究院勘測總隊

?

水庫堤壩中的防滲墻中地質雷達的應用

◎ 趙波 新疆水利水電勘測設計研究院勘測總隊

水庫大壩運行過程中，為了保證大壩運行的安全，需要做好防滲墻的探測工作。但是由于水庫大壩防滲墻工程為隱蔽工程，結構復雜，不易探測，所以，在進行探測時需要使用高分辨率物探方法。本文以實際工程為例，首先對地質雷達探測的基本原理進行了介紹，然后對地質雷達探測的具體應用進行了分析探討。

水庫堤壩 防滲墻探測 地質雷達

1.工程概況

某水庫工程經過多年的運行，大壩蓄水后出現了嚴重的滲水情況，壩后多次出現管涌和流土的情況，壩體因裂陷而出現了滲透破壞，對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對措施，需要對防滲墻墻體的基本情況進行探測，找出墻體中出現的不連續地段，從而針對性的采取治理措施。

2.防滲墻探測方案選取

防滲墻成墻質量檢測方式有鉆孔取心技術、超聲波對穿法、跨孔地震CT技術三種，在實際使用中都存在不足之處，而且使用前對防滲墻進行鉆孔處理也是必不可少的環節。隨著科技發展浪潮的不斷推進，地質雷達技術在防滲墻檢查中得到了廣泛的應用，而且經實踐證實已取得了顯著的成績。地質雷達的優點表現為具有較高的分辨率、定位精確而且不會產生其他不良影響。隨著技術人員對其的深入研究，地質雷達已廣泛應用于工程勘察、水文地質調查、生態環境監測等領域中，有效增強了工程的實效性，對我國經濟的發展起到了一定的促進作用。

3.地質雷達的工作原理及方法可行性分析

3.1工作原理

地質雷達的工作原理是通過高頻電磁波傳遞信號并借助發射天線將信號傳遞給檢測介質，從而直觀地反映出地質狀況的相關信息。因為不同介質不管是在導電性能方面或是介電常數都是不盡相同的，通過雷達天線所發射出來的電磁波能量部分會發生反射到達地表，從而被接收天線進行有效接收，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。若發射天線與接收天線之間保持穩定的距離則可清楚地將地下介質分布情況相關圖像呈現出來。雙天線地質雷達的檢測方法主要包括剖面法、寬角法、透射觀測三種。

工作人員在進行地質探測過程中應根據該區域實際波形特征及幾何特性，準確得出地下目標物的深度及分布狀況。雷達檢測原理如圖1所示。處于介電常數變動的兩個介質相交區域電磁波會發生與之相對應的反射或者折射現象，而且介質電性與反射波的強弱有著密不可分的聯系。

圖1　雷達探測原理圖

3.2防滲墻檢測可行性的有效分析

在實際施工中一些外界因素的影響會造成防滲墻內部或者底面出現不同程度的裂縫等不良現象。當雷達波碰到這種特殊界面時會發生反射，這些墻體的不均勻性直接會造成雷達信號所傳遞出來的聲波發生紊亂，而當墻體完好無損時雷達波碰到墻體界面時不會出現反射波，可依據雷達所傳遞出的信號波動特征判斷出防滲墻有無裂縫等異常情況的發生。

3.3數據處理和解釋

地質雷達所探測的圖形主要是通過脈沖反射波的形式進行實時記錄，借助波形的特點及相關顏色的變化顯示出雷達剖面圖。對地質雷達探測資料的解釋包含數據的有效處理與圖像的分析兩層內容。由于所處區域的差異，其所屬的地下介質情況也存在很大出入，不同介質對波的吸收程度也不盡相同，最終得出的波形與初始發射波形有明顯的區別。與此同時，一些突發狀況比如噪聲等也會對雷達信號產生一定的影響，造成所測數據出現一定的偏差。所以，技術人員對接收信號進行必要的處理，提高信號的穩定性，從而獲取清晰的圖像。

在進行圖像處理時要對所產生噪聲產生的原因進行有效分析后找出問題的出處，最大限度地減少雜波現象的發生。在地質雷達圖像解釋與分析中有效辨別干擾波類型并判斷出目標體的相關信息是最為關鍵的內容，當地表狀況處于正常情況下時地質雷達通過一系列的檢測可得出清晰的雷達圖像，這樣便于技術人員分析工作的有效開展，而地質狀況變化幅度較大時則所接收到的信號就會受到種種因素的影響，給技術人員圖像分析工作的開展帶來了一定的阻礙。

圖2　測點點距布置圖

4.地質雷達在防滲墻檢測中的具體應用

4.1檢測

本工程使用俄羅斯OKO-2型地質雷達對混凝土防滲墻進行連續性檢測，設計雷達中心頻率分別為50MHz 和250MHz。使用人工拖拽的方式進行檢測，探測速度為1～2m/min，設置掃描速率為400次/s，疊加數為8，分別使用不同頻率的天線從不同的方向進行檢測，探測深度在10m范圍內。測點布置如圖2所示。為了檢測地震雷達的可靠性和有效性，在右壩肩布置了一個鉆孔，然后對地質雷達的探測結果和鉆孔編錄成果進行分析，分析證明地質雷達對防滲墻進行檢測具有比較高的檢測精度。

4.2檢測數據的處理

防滲墻工程檢測的重點是對防滲墻進行全面檢測，主要是檢測墻體是否完整、有無縫隙現象、墻體內部構造有無凹凸不平等情況。

按照測試段的實際情況，依據檢測目的，可分別使用25MH和100MH進行檢測。25MH天線檢測是進行簡單檢測，而100MH檢測則比較具體，可對墻體有無異常狀況進行檢驗。以混凝土為材料的墻體，應將測點距設置為1m，而水泥土為材料建筑的防滲墻段檢測的距離應為0.5m。對雷達圖像的數據進行處理是為了使探測的圖像更加清晰，便于后期讀圖分析，通過圖像顯示可準確判斷出地質體出現異常的具體范圍及狀況。此次的檢測過程中，收集雷達數據時，野外收集數據受到的干擾很小，收集到數據的質量比較高，有助于在室內處理數據，在分析收集數據時，本工程使用RAD PRO商業軟件處理地質雷達資料。

4.3雷達測試對防滲墻連續性的評價

防滲墻技術是壩體防滲處理的重要技術，防滲墻連續性檢測是對壩體墻的各個銜接面之間的銜接狀況進行的檢測工作，以及水泥柱是否無孔隙進行的檢測。在檢測范圍內的各個墻面之間連接完整，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性良好。從該次檢測得到的雷達圖像可以看出，防滲墻內部較均勻，墻體連接無縫隙，且底面連續性好，無滲漏跡象，柱體底部水泥樁沒有明顯缺失、間斷的情況，因此推斷墻體連續性良好。

綜上所述，在進行結構檢測時，地質雷達檢測方法是一種應用價值比較高的檢測方法，通過利用地質雷達檢測整個墻面，可以將相對薄弱的墻段找出，及時消除施工中遇到的隱患，減小檢測范圍，為鉆孔取芯工作的開展提供了參考依據。但在實際應用過程中，難免會受到外接干擾，為了保證檢測準確率，需要正確對待干擾，多總結探測經驗，保證探測質量。

［1］蘇茂鑫，田鋼，曾昭發.頻率補償技術在提高探地雷達分辨率中的應用［J］.吉林大學學報（地球科學版），2007（1）：164-167.

［2］張炎孫，蔡立信，蔣喜珍.地質雷達探測技術在水庫堤壩災害治理工作中的應用效果［J］.工程勘察，2003（1）：67-68.

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