在壩體滲漏檢測中地質(zhì)雷達(dá)法與淺層地震法的應(yīng)用實踐

李鳳博 楊 帆

（沈陽巖土工程技術(shù)測試開發(fā)有限公司，遼寧 沈陽 110015）

1 概念

本次應(yīng)用實踐所檢測的壩體為某垃圾填埋場滲瀝液儲存池壩，因原有垃圾掩埋場地容量已經(jīng)無法滿足城市垃圾掩埋的現(xiàn)實需要，故在原有垃圾掩埋壩體旁新建垃圾焚燒發(fā)電設(shè)備。在新建工程生活垃圾焚燒發(fā)電廠-冷卻塔建設(shè)過程中，發(fā)現(xiàn)原有垃圾填埋場滲瀝液儲存池壩體壩坡位置出現(xiàn)了滲漏的情況，并且壩體下部出現(xiàn)滲濾液流出，已經(jīng)在壩體底部有存蓄滲濾液的情況。為防止壩體滲漏的情況加劇，需要盡快通過有效手段查明現(xiàn)場滲漏區(qū)及含水區(qū)域及壩體滲漏的具體位置、深度范圍，進(jìn)而分析出壩體滲漏的原因。為了在最經(jīng)濟(jì)有效的前提下達(dá)成實驗?zāi)康模ㄟ^地質(zhì)雷達(dá)法與淺層地震法結(jié)合的方法，發(fā)揮兩種檢測方法的優(yōu)點，優(yōu)勢互補(bǔ)綜合評價實驗結(jié)果，成為了最快捷有效的檢測方式。

地質(zhì)雷達(dá)工作時，采用直接耦合法，天線平放于地面，檢測開始后人工拖動天線，以完成檢測；淺層地震法工作時，采用單激多收的采集方式，運(yùn)用二分量共偏移距縱、淺層地震反射波法勘探方法。

本次共布置完成地質(zhì)雷達(dá)測線8條，地震測線2條。

地質(zhì)雷達(dá)法：

1）測線長度：共布置50米測線四條 （壩體兩條，壩體一側(cè)的土體兩條）；27米測線四條 （壩體兩條，壩體一側(cè)的土體兩條）；

2）探測內(nèi)容：對測線以下5米以內(nèi)的壩體土體滲漏含水區(qū)域進(jìn)行探測，識別存在缺陷的類型、位置；

淺層地震法：

①測線長度：共布置50米測線兩條 （壩體一側(cè)的土體上），測點間距1m；線距1米。

②探測內(nèi)容：測線以下15米以內(nèi)的壩體土體滲漏含水區(qū)域進(jìn)行探測，識別存在缺陷的類型、位置。

檢測工作執(zhí)行參考的規(guī)范如下：

1）《城市工程地球物理探測規(guī)范》CJJ/T7-2017；

2） 《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》GB50307-2012；

2 地質(zhì)雷達(dá)法及淺層地震法檢測方法簡介

2.1 地質(zhì)雷達(dá)法

地質(zhì)雷達(dá)法是一種采用窄脈沖寬帶高頻電磁波信號檢測地下介質(zhì)分布的方法。該方法通過天線連續(xù)拖動的方式向地下發(fā)射高頻電磁波，電磁波信號在物體內(nèi)部傳播時遇到存在電性差異 （介電常數(shù)）的介質(zhì)界面時，就會反射、透射和折射。反射的電磁波被與發(fā)射天線同步移動的接收天線接收后，通過雷達(dá)主機(jī)精確記錄反射回的電磁波的運(yùn)動特征，獲得地下介質(zhì)的斷面掃描圖像，通過對掃描圖像進(jìn)行處理和圖像解譯，達(dá)到識別地下目標(biāo)物的目的.反射信號的強(qiáng)度主要取決于上、下層介質(zhì)的電性差異，電性差異越大，反射信號越強(qiáng)。雷達(dá)波的穿透深度主要取決于地下介質(zhì)的電性和中心頻率。導(dǎo)電率越高，穿透深度越小；中心頻率越高，穿透深度越小。

電磁波的傳播取決于介質(zhì)的電性，介質(zhì)的電性主要有電導(dǎo)率μ和介電常數(shù)ε，前者主要影響電磁波的穿透 （探測）深度，在電導(dǎo)率適中的情況下，后者決定電磁波在該物體中的傳播速度，因此，所謂電性介面也就是電磁波傳播的速度介面。不同的地質(zhì)體 （物體）具有不同的電性，因此，在不同電性的地質(zhì)體的分界面上，都會產(chǎn)生回波。

2.2 淺層地震法

淺層地震法是采用二分量共偏移距縱、淺層地震反射波法，采集方式為單激多收，它依據(jù)縱、橫波對目標(biāo)層具有不同的分辨優(yōu)勢，即縱波對大斷層和水平沉積層敏感，橫波對特殊薄層、以及高傾角地層有明顯分辯能力。同時橫波數(shù)據(jù)屬性分析方法較復(fù)雜，縱波處理解釋相對成熟，而橫波通過特殊數(shù)據(jù)處理，通過交叉解釋技術(shù)，可以查明一些局部構(gòu)造及復(fù)雜地質(zhì)體等。地震波在地下介質(zhì)中傳播時，不同介質(zhì)具有不同的波阻抗特性，地震波會在這些波阻抗差異界面產(chǎn)生反射波，通過信號采集設(shè)備接收地震波記錄，分析地震波的傳播時間、頻率、振幅等時間和動力學(xué)特征，推斷被測體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、分布狀態(tài)。在自然地層條件下，縱波傳播速度的特點是隨著深度的增加而成拋物線性增加。而橫波波速隨深度的增加，波速變化較穩(wěn)定。同一種巖性中縱波波速的范圍在200～3000m/s，表層變化更大。而橫波波速在表層到800m深的范圍內(nèi)，其波速變化在80m/s～400m/s左右。地震波的分辨率與波長有關(guān)，最高分辨率為：λ/2（波長的一半）。即波長越小分辨率越高。波長的大小是由速度決定的，速度越高波長也越大。因此，淺層地震的分辨率要比縱波高。

3 現(xiàn)場檢測處理及數(shù)據(jù)圖像分析

地質(zhì)雷達(dá)法對于壩體的檢測，是通過對現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)的分析，判斷數(shù)據(jù)中被測壩體因含水量的變化產(chǎn)生電性異常點及測試范圍內(nèi)雷達(dá)波幅頻特性發(fā)生的變化范圍，進(jìn)而通過對雷達(dá)圖像的分析確定壩體滲漏的位置、深度范圍等信息。

地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理包括預(yù)處理 （標(biāo)記和樁號校正等）和后處理分析，其目的在于壓制規(guī)則和隨機(jī)干擾，以盡可能高的分辨率在探地雷達(dá)圖像剖面上顯示反射波，突出有用的異常信息 （包括電磁波速度，振幅和波形等）來幫助解釋。雷達(dá)數(shù)據(jù)處理是地質(zhì)雷達(dá)最終成果解譯的重要步驟。常用的分析方法有常規(guī)濾波和其他濾波處理，主要工作有：零線設(shè)定；一維濾波；背景去噪；自動增益或手動增益控制；滑動平均等。其他濾波處理方法可結(jié)合具體檢測情況進(jìn)行選用，主要包括：小波變換；二維濾波；反褶積；數(shù)學(xué)運(yùn)算等。

淺層地震法對于壩體的檢測，是通過對現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)的分析，判斷數(shù)據(jù)中是否存在地震反射波頻率波速振幅的變化、特征相近的同相軸產(chǎn)生錯斷、畸變的現(xiàn)象、同相軸存在明顯的頻率、波速、振幅異常的現(xiàn)象，進(jìn)而判斷出壩體滲漏的位置、深度范圍等信息。確認(rèn)異常的波場屬性特征分析識別尤為重要，需要具備一定的地質(zhì)理論和地球物理探測實踐基礎(chǔ)。相對復(fù)雜的地質(zhì)條件下，有一些目標(biāo)層位的波組特征反而更明顯。這是由轉(zhuǎn)換橫波的水平振動傳播特性所決定的。所以提高了解釋地震問題的能力，因此，轉(zhuǎn)換橫波地震反射法的地質(zhì)解釋就成為了精準(zhǔn)探測技術(shù)最終的保證。

主要特點如下：

1）數(shù)據(jù)保真處理，保證了振幅處理的一致性；

2）分頻段濾波處理，既可提高資料的信噪比，又可提高資料的分辨率。

通過頻譜分析，提取訊號主頻分布，利用非線性濾波技術(shù)實現(xiàn)保真處理，提高處理后剖面成果的分辨率。

最終通過對地質(zhì)雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)與淺層地震檢測數(shù)據(jù)的相互結(jié)合、相互印證，綜合分析所有物探數(shù)據(jù)，得出較為準(zhǔn)確的試驗結(jié)論：

①在測段內(nèi)，探測深度0-5m （依據(jù)雷達(dá)和地震剖面）：

雷達(dá)剖面與地震剖面解釋推斷結(jié)果表明，測線里程K0+15m-K0+24m，深度1.0m-3.5m范圍內(nèi)；測線里程K0+26m-K0+42m，深度1.0m-3.5m范圍內(nèi)，出現(xiàn)充水異常區(qū)域，推斷為含水區(qū)域范圍。

②在測段內(nèi)，探測深度5-15m內(nèi) （依據(jù)地震剖面）：

地震剖面解釋推斷結(jié)果表明，測線里程K0+37m-K0+43m，中心點距地表深度5.8m，范圍寬度5m；測線里程K0+16m-K0+25m，中心點距地表深度9.0m，范圍寬度7m，分別顯示有含水點特征，推斷解釋為疑似含水區(qū)域。

4 結(jié)語

通過上述工程實踐，通過同時運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)法與淺層地震法對被測壩體進(jìn)行檢測，兩種檢測結(jié)果相互對比，相互驗證，能夠更加直接、準(zhǔn)確、快捷的反應(yīng)壩體滲漏的現(xiàn)狀，為下一步對壩體加固施工提供直接的施工依據(jù)，以及早地消除壩體大規(guī)模透漏的危險。