基于Groundvue系列地質(zhì)雷達(dá)水庫(kù)防滲墻探測(cè)分析

袁寶遠(yuǎn)　劉世琦　白云

摘要：南門(mén)峽水庫(kù)的與防滲墻有關(guān)的滲漏問(wèn)題嚴(yán)重，歷次防滲處理效果不明顯。利用從英國(guó)引進(jìn)Groundvue系列地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備，采用深部逐步層次測(cè)試分析法，對(duì)防滲墻部位進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析和解譯，結(jié)合鉆探驗(yàn)證，查明了滲漏部位和路徑。結(jié)果表明：壩基防滲墻完好，厚度在0.50m左右，但位置與現(xiàn)有的灌漿平臺(tái)有3m左右的水平距離，這可能是歷次灌漿效果不佳的一個(gè)重要原因，為南門(mén)峽水庫(kù)加固工程提供了重要的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；Groundvue系列；南門(mén)峽水庫(kù)；防滲墻；探測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TV697.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-1098（2016）02-0001-05

Abstract：There has been the serious problem of the seepage cutoff wall of Nanmenxia Reservoir， with the previous anti-seepage effect having no satisfactory outcome. With the Groundvue series of Ground？Penetrating Radar equipment introduced from Britain， and the application of the Method of Deep Step by Layer Test and Analysis， a lot of field tests and analysis have been conducted on the part of the cutoff wall. In combination with drilling verification， the leakage location and path have been found out. The outcome has shown that the seepage cut-off wall of dam foundation in good condition， with its thickness of around 0.50m， but there is a horizontal distance of about 3m away from the current grouting platform， which may be one important cause of the previous unsatisfactory grouting effect， providing an important support for the Reinforcement Project of Nanmenxia Reservoir.

Key words： Ground Penetrating Radar； Groundvue series； Nanmenxia Reservoir； seepage cut-off wall； detection

南門(mén)峽水庫(kù)是以灌溉為主的Ⅲ等中型工程，始建于1974年，1982年投入運(yùn)行。由于該水庫(kù)位于巖溶地區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，壩基和兩壩肩構(gòu)造巖溶、裂隙發(fā)育，滲漏比較嚴(yán)重。南門(mén)峽水庫(kù)防滲處理工程早在1975年大壩施工期間就已經(jīng)開(kāi)始，至今已進(jìn)行了3個(gè)階段帷幕灌漿處理，但效果均不理想。2010年10月對(duì)水庫(kù)大壩進(jìn)行了安全鑒定，認(rèn)為南門(mén)峽水庫(kù)存在較嚴(yán)重的病險(xiǎn)，主要包括壩基（肩）滲漏嚴(yán)重，滲透穩(wěn)定性不滿(mǎn)足規(guī)范要求，非常溢洪洞洞身中部未襯砌；輸水隧洞洞身多處產(chǎn)生裂縫，影響泄洪安全，水庫(kù)不能按設(shè)計(jì)要求正常運(yùn)行，屬三類(lèi)壩。為充分發(fā)揮水庫(kù)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，防止造成重大災(zāi)害，經(jīng)水利部批準(zhǔn)立項(xiàng)，近期對(duì)其進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理[1-2]。

目前一般地質(zhì)雷達(dá)儀器用于防滲墻探測(cè)的測(cè)試深度在20～30m范圍內(nèi)，并且預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率非常不高[3-8]。英國(guó)Utsi Electronice公司Groundvue系列地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)是目前世界頻率最低的一款雷達(dá)，最深能探測(cè)到180 m，可以進(jìn)行GPS觸發(fā)測(cè)量，工作效率快，可進(jìn)行天線(xiàn)陣測(cè)量。引進(jìn)地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備及技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和驗(yàn)證，了解南門(mén)峽水庫(kù)壩基防滲墻的情況，可以為除險(xiǎn)加固施工提供技術(shù)支撐。

1Groundvue系列地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)

Groundvue系列地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)：四通道雷達(dá)主機(jī)的掃描速率為250掃/秒；400MHz 天線(xiàn)頻率范圍：200～600 MHz；50 MHz 天線(xiàn)頻率范圍：30～100 MHz；15 MHz天線(xiàn)頻率范圍：5～30 MHz；高脈沖重復(fù)率：2 MHz到 500 kHz。GV系列雷達(dá)主要型號(hào)見(jiàn)表1。

地質(zhì)雷達(dá)的天線(xiàn)根據(jù)劃分的方式不同可以劃分為不同種類(lèi)的天線(xiàn)。從工作性質(zhì)上可分為發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)；從屏蔽與否上說(shuō)可以分為屏蔽天線(xiàn)和非屏蔽天線(xiàn)，如圖1所示。

2現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

測(cè)線(xiàn)主要布置在了壩頂、壩前坡處，探測(cè)路線(xiàn)主要有壩頂沿公路方向的等距的3條縱向測(cè)線(xiàn)，壩前坡下的灌漿平臺(tái)2條縱向測(cè)線(xiàn)，進(jìn)行GV2和GV6探測(cè)；壩前坡上由坡下灌漿平臺(tái)向坡頂探測(cè)，方向垂直于大壩走向，由于壩前坡上有許多塊石，不利于體積、重量較大的GV2探測(cè)（對(duì)輕便的GV6影響較小），所以測(cè)量間距放在3.5 m，共計(jì)26條測(cè)線(xiàn)。測(cè)線(xiàn)布置平面圖如圖2，測(cè)試方法如圖3所示。

3室內(nèi)試驗(yàn)

為了對(duì)南門(mén)峽水庫(kù)實(shí)測(cè)的GV地質(zhì)雷達(dá)圖像做出的合理的分析，河海大學(xué)在實(shí)驗(yàn)室建立了基于1 GHz的GV3地質(zhì)雷達(dá)天線(xiàn)的模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如圖4所示，了解所研究的目標(biāo)模型的GV地質(zhì)雷達(dá)的圖像特點(diǎn)。圖5是中間有板狀目標(biāo)物的地質(zhì)雷達(dá)圖。

4防滲墻測(cè)試數(shù)據(jù)解譯與驗(yàn)證

壩基的混凝土防滲墻位于壩前坡從壩基建基面到基巖面之間，是用于防止基巖面上卵礫石覆蓋層滲水。由于缺乏準(zhǔn)確的原始設(shè)計(jì)圖紙，在歷次灌漿加固壩基時(shí)，一般認(rèn)為其平行于大壩走向位置，在現(xiàn)有的注漿平臺(tái)邊上。

采用GV6地質(zhì)雷達(dá)在壩前坡上，垂直于壩走向的方向上進(jìn)行測(cè)試，具體測(cè)向?yàn)橛蓧纹碌撞肯驂雾敎y(cè)量。0+034 m處測(cè)量灰度圖像見(jiàn)6。由圖可以發(fā)現(xiàn)在壩前坡上26 m左右處，在地層深度為26 m和32 m的部分發(fā)現(xiàn)有地質(zhì)雷達(dá)電磁波的反應(yīng)，疑似混凝土防滲墻的位置，其平行于大壩的走向，位于灌漿平臺(tái)靠近壩頂方向，與現(xiàn)有的灌漿平臺(tái)有3 m左右的距離，這可能是歷次灌漿效果不佳的一個(gè)重要原因。

為了證實(shí)以上的推測(cè)，查看平行于該條測(cè)線(xiàn)其他位置上的地質(zhì)雷達(dá)圖像，發(fā)現(xiàn)在其他平行于0+034 m剖面的地質(zhì)雷達(dá)圖像上，絕大多數(shù)圖像，幾乎在相同位置處，發(fā)現(xiàn)了疑似是混凝土防滲墻的雷達(dá)反應(yīng)。圖7為0+208 m壩前坡上24 m處，深度為24 m和32 m的部分出現(xiàn)地質(zhì)雷達(dá)反射弧線(xiàn)，圖8為0+304 m剖面在相同位置處發(fā)現(xiàn)一處雷達(dá)反射弧線(xiàn)，深度也為26 m左右。

從圖7和圖8中兩條反射弧線(xiàn)的相對(duì)位置來(lái)看，深度較淺的反射弧線(xiàn)往往較深部的反射弧線(xiàn)在圖像上靠左邊一些，這其實(shí)不難解釋?zhuān)驗(yàn)闇y(cè)量是一個(gè)由下往上的路線(xiàn)，所以測(cè)量路線(xiàn)與水平面之間存在著20°度的坡腳，相對(duì)于豎直矗立的混凝土防滲墻則相當(dāng)于有著70°的夾角。當(dāng)測(cè)量路線(xiàn)在圖像當(dāng)中以水平方向顯示時(shí)，圖像中的防滲墻自然而然就會(huì)呈現(xiàn)出由垂直方向傾斜20°

，變成“斜墻”的現(xiàn)象。

通過(guò)結(jié)合垂直于大壩走向，互相平行的26條地質(zhì)雷達(dá)圖像的觀(guān)察與分析，能夠發(fā)現(xiàn)壩基混凝土防滲墻的位置，位于壩頂沿壩前坡向下11 m處，與現(xiàn)有灌漿平臺(tái)有3 m左右的距離，防滲墻距離地表距離從26 m到30 m不等，很可能防滲墻頂不在同一高程上。且防滲墻在0+40～0+380 m壩段間延續(xù)良好。

為了確認(rèn)以上地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的解釋成果，采用現(xiàn)場(chǎng)鉆探進(jìn)行驗(yàn)證。第一個(gè)鉆孔位置根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試分析的結(jié)果現(xiàn)場(chǎng)確定，首先在右壩肩樁號(hào)0+383.60 m處布置了ZK14-1-1孔，揭露人工堆積的土層后又打到砂礫石，鉆至40 m未找到混凝土防滲墻，經(jīng)分析孔位向下游移了0.70 m布置了ZK14-l-2孔，鉆至25.0 m時(shí)找到了混凝土防滲墻。然后在樁號(hào)0+208 m處又布置了ZK14-3孔，鉆至28.50 m時(shí)找到了防滲墻；在樁號(hào)0+150 m處布置了ZKl4-4-1孔，防滲墻沒(méi)找到，又向下游移0.60 m，布置了ZK14-4-2孔，鉆至31.0 m時(shí)找到了混凝土防滲墻。

防滲墻頂部不在一個(gè)高程上，樁號(hào)，樁號(hào)0+034.2處墻頂高程2 736.45 m，底部高程2 721

.05 m，墻高15.4 m。主要鉆探結(jié)果見(jiàn)表2。防滲墻鉆探驗(yàn)證工作說(shuō)明原防滲墻呈直線(xiàn)，防滲墻位置位于上游馬道2012年帷幕灌漿中心線(xiàn)向下游左岸5.4 m，右岸6.1 m。

5結(jié)論

（1）南門(mén)峽水庫(kù)的滲漏問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)一直未能較好的解決，防滲墻的效用問(wèn)題可能是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，引進(jìn)英國(guó)Groundvue系列地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備和軟件，為這一關(guān)鍵問(wèn)題的解決提供了重要支撐。

（2）根據(jù)GV6位于壩前坡的多道測(cè)線(xiàn)綜合分析，結(jié)合鉆探取芯的結(jié)果，混凝土防滲墻地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試分析的防滲墻位置為上游馬道帷幕灌漿中心線(xiàn)向下游左岸5.4 m，右岸6.1 m，防滲墻厚度在0.50 m左右，與現(xiàn)有的灌漿平臺(tái)有3 m左右的水平距離，這可能是歷次灌漿效果不佳的一個(gè)重要原因。

（3）基于GV3-1G天線(xiàn)的室內(nèi)試驗(yàn)平臺(tái)能有效的模擬試驗(yàn)地下各種目標(biāo)物的雷達(dá)圖像特征，其結(jié)果有助于提高Groundvue系列地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)解譯效率。

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（責(zé)任編輯：李麗）