水库堤坝中的防渗墙中地质雷达的应用

◎ 赵波 新疆水利水电勘测设计研究院勘测总队



水库堤坝中的防渗墙中地质雷达的应用

◎ 赵波 新疆水利水电勘测设计研究院勘测总队

水库大坝运行过程中，为了保证大坝运行的安全，需要做好防渗墙的探测工作。但是由于水库大坝防渗墙工程为隐蔽工程，结构复杂，不易探测，所以，在进行探测时需要使用高分辨率物探方法。本文以实际工程为例，首先对地质雷达探测的基本原理进行了介绍，然后对地质雷达探测的具体应用进行了分析探讨。

水库堤坝 防渗墙探测 地质雷达

1.工程概况

某水库工程经过多年的运行，大坝蓄水后出现了严重的渗水情况，坝后多次出现管涌和流土的情况，坝体因裂陷而出现了渗透破坏，对工程的安全造成了比较大的影响。因此，为了可以采取合理的应对措施，需要对防渗墙墙体的基本情况进行探测，找出墙体中出现的不连续地段，从而针对性的采取治理措施。

2.防渗墙探测方案选取

防渗墙成墙质量检测方式有钻孔取心技术、超声波对穿法、跨孔地震CT技术三种，在实际使用中都存在不足之处，而且使用前对防渗墙进行钻孔处理也是必不可少的环节。随着科技发展浪潮的不断推进，地质雷达技术在防渗墙检查中得到了广泛的应用，而且经实践证实已取得了显著的成绩。地质雷达的优点表现为具有较高的分辨率、定位精确而且不会产生其他不良影响。随着技术人员对其的深入研究，地质雷达已广泛应用于工程勘察、水文地质调查、生态环境监测等领域中，有效增强了工程的实效性，对我国经济的发展起到了一定的促进作用。

3.地质雷达的工作原理及方法可行性分析

3.1工作原理

地质雷达的工作原理是通过高频电磁波传递信号并借助发射天线将信号传递给检测介质，从而直观地反映出地质状况的相关信息。因为不同介质不管是在导电性能方面或是介电常数都是不尽相同的，通过雷达天线所发射出来的电磁波能量部分会发生反射到达地表，从而被接收天线进行有效接收，剩余的能量则透过界面反射到地面，最终所获取的能量被完全吸收。若发射天线与接收天线之间保持稳定的距离则可清楚地将地下介质分布情况相关图像呈现出来。双天线地质雷达的检测方法主要包括剖面法、宽角法、透射观测三种。

工作人员在进行地质探测过程中应根据该区域实际波形特征及几何特性，准确得出地下目标物的深度及分布状况。雷达检测原理如图1所示。处于介电常数变动的两个介质相交区域电磁波会发生与之相对应的反射或者折射现象，而且介质电性与反射波的强弱有着密不可分的联系。

图1　雷达探测原理图

3.2防渗墙检测可行性的有效分析

在实际施工中一些外界因素的影响会造成防渗墙内部或者底面出现不同程度的裂缝等不良现象。当雷达波碰到这种特殊界面时会发生反射，这些墙体的不均匀性直接会造成雷达信号所传递出来的声波发生紊乱，而当墙体完好无损时雷达波碰到墙体界面时不会出现反射波，可依据雷达所传递出的信号波动特征判断出防渗墙有无裂缝等异常情况的发生。

3.3数据处理和解释

地质雷达所探测的图形主要是通过脉冲反射波的形式进行实时记录，借助波形的特点及相关颜色的变化显示出雷达剖面图。对地质雷达探测资料的解释包含数据的有效处理与图像的分析两层内容。由于所处区域的差异，其所属的地下介质情况也存在很大出入，不同介质对波的吸收程度也不尽相同，最终得出的波形与初始发射波形有明显的区别。与此同时，一些突发状况比如噪声等也会对雷达信号产生一定的影响，造成所测数据出现一定的偏差。所以，技术人员对接收信号进行必要的处理，提高信号的稳定性，从而获取清晰的图像。

在进行图像处理时要对所产生噪声产生的原因进行有效分析后找出问题的出处，最大限度地减少杂波现象的发生。在地质雷达图像解释与分析中有效辨别干扰波类型并判断出目标体的相关信息是最为关键的内容，当地表状况处于正常情况下时地质雷达通过一系列的检测可得出清晰的雷达图像，这样便于技术人员分析工作的有效开展，而地质状况变化幅度较大时则所接收到的信号就会受到种种因素的影响，给技术人员图像分析工作的开展带来了一定的阻碍。

图2　测点点距布置图

4.地质雷达在防渗墙检测中的具体应用

4.1检测

本工程使用俄罗斯OKO-2型地质雷达对混凝土防渗墙进行连续性检测，设计雷达中心频率分别为50MHz 和250MHz。使用人工拖拽的方式进行检测，探测速度为1～2m/min，设置扫描速率为400次/s，叠加数为8，分别使用不同频率的天线从不同的方向进行检测，探测深度在10m范围内。测点布置如图2所示。为了检测地震雷达的可靠性和有效性，在右坝肩布置了一个钻孔，然后对地质雷达的探测结果和钻孔编录成果进行分析，分析证明地质雷达对防渗墙进行检测具有比较高的检测精度。

4.2检测数据的处理

防渗墙工程检测的重点是对防渗墙进行全面检测，主要是检测墙体是否完整、有无缝隙现象、墙体内部构造有无凹凸不平等情况。

按照测试段的实际情况，依据检测目的，可分别使用25MH和100MH进行检测。25MH天线检测是进行简单检测，而100MH检测则比较具体，可对墙体有无异常状况进行检验。以混凝土为材料的墙体，应将测点距设置为1m，而水泥土为材料建筑的防渗墙段检测的距离应为0.5m。对雷达图像的数据进行处理是为了使探测的图像更加清晰，便于后期读图分析，通过图像显示可准确判断出地质体出现异常的具体范围及状况。此次的检测过程中，收集雷达数据时，野外收集数据受到的干扰很小，收集到数据的质量比较高，有助于在室内处理数据，在分析收集数据时，本工程使用RAD PRO商业软件处理地质雷达资料。

4.3雷达测试对防渗墙连续性的评价

防渗墙技术是坝体防渗处理的重要技术，防渗墙连续性检测是对坝体墙的各个衔接面之间的衔接状况进行的检测工作，以及水泥柱是否无孔隙进行的检测。在检测范围内的各个墙面之间连接完整，并且顶面与底面之间起支撑的水泥柱也不存在断裂或孔洞，就说明这段防渗墙的连续性良好。从该次检测得到的雷达图像可以看出，防渗墙内部较均匀，墙体连接无缝隙，且底面连续性好，无渗漏迹象，柱体底部水泥桩没有明显缺失、间断的情况，因此推断墙体连续性良好。

综上所述，在进行结构检测时，地质雷达检测方法是一种应用价值比较高的检测方法，通过利用地质雷达检测整个墙面，可以将相对薄弱的墙段找出，及时消除施工中遇到的隐患，减小检测范围，为钻孔取芯工作的开展提供了参考依据。但在实际应用过程中，难免会受到外接干扰，为了保证检测准确率，需要正确对待干扰，多总结探测经验，保证探测质量。

［1］苏茂鑫，田钢，曾昭发.频率补偿技术在提高探地雷达分辨率中的应用［J］.吉林大学学报（地球科学版），2007（1）：164-167.

［2］张炎孙，蔡立信，蒋喜珍.地质雷达探测技术在水库堤坝灾害治理工作中的应用效果［J］.工程勘察，2003（1）：67-68.

［3］邓世坤.探地雷达野外工作参数选择的基本原则［J］.工程地球物理学报，2005（5）：323-329.