商河县清源湖水库大坝无损检测成果浅析

牛景涛，周春蕾

（山东省水利科学研究院，山东 济南 250014）

随着科技的发展，探地雷达在地下工程勘探、工程勘察、隐蔽工程隐患探测等环节发挥的作用越来越重要。在解决水利工程疑难问题和高技术杂难问题方面有明显改善和提高，在显示工程实际中一些切实无法解决的工程监理和检测问题，现在通过地质雷达探测，已经有了较为成熟和实用的解决方案。

清源湖水库工程位于商河县南部，商河县玉皇庙镇西南，水库围坝周长4 043 m，设计库底高程14.2 m，坝顶高程27.0 m，永久占地123.33 hm2，总库容953.5 万m3，兴利库容860.7 万m3。主要建筑物级别为3 级，次要建筑物为4 级。水库工程由围坝、引水渠、节制闸、入库泵站、出水井、泄水闸、截渗沟及2.4 km 引黄总干渠改线等工程组成。受商河县水务局的委托，山东省水利科学研究院采用无损检测探地雷达法对该水库大坝进行了质量检测。

1 检测原理

探地雷达法无损检测工作的原理就是采用设备自带天线（发射极T）在坝顶沿坝轴线水平移动，垂直向下发送高频脉冲电磁波。高频脉冲电磁波在坝体坝基土中传播,当遇到传播速率不同的地下特定物体时,如大坝土体空腔、孔洞或者是坝体、坝基分界面，发射的高频脉冲电磁波便会发生反射现象，高频脉冲电磁波反射回大坝坝顶时，由探地雷达自带接收天线（接收极R）所接收。在对探地雷达自带接收天线接收到的电磁波进行处理和分析的基础上,根据接收到的高频脉冲电磁波波的传输时间、波的强度和波的形状等几个特征参数便可推断地下特定物体的三维位置、形态结构,从而可以获得对地下特定物体的检测成果。这是一种非破坏性的无损探测技术,已经被用于探矿、考古、寻找地热资源、电力、工程勘察等很多领域,且具有很高的探测精度和分辨率。

本次工作所用仪器为瑞典RADARTEM 公司研发和生产的大穿透深度新一代Cobra plug-In 地质雷达系统。该系统采用先进的实时采样技术，使信噪比提高45dB，勘探深度增加一倍以上，采用SE-40 收发一体天线和半屏蔽技术，进一步增加了勘探深度和屏蔽效果，勘探深度0～100 m，可在较强电磁干扰地面获得可信的探测结果。已经被广泛的运用于各个领域中，包括公路检测、溶洞探测、地质构造探测、管线探测、军事与安全、考古探测、冰川考察等。

采集系统主要技术参数见表1。SUBECHO系列天线主要技术指标见表2。

2 检测技术方法

本次清源湖水库大坝坝体坝基无损探测采用瑞典RADARTEM 公司研发和生产的大穿透深度新一代Cobra plug-In 地质雷达系统进行探测，根据大坝坝体和坝基需要探测的深度和库区、坝体坝基等地质情况，采用连续剖面法对水库围坝进行测量。

表1 采集系统主要技术参数表

表2 SUBECHO 系列天线主要技术指标

使用探地雷达对被测物体进行测量时，一般采用连续剖面法进行，即拖动发射天线和接收天线，使两天线沿测线同步移动，且保持两天线间距固定。本次检测采用SE-40 收发一体天线。

检测结束后，采用GSSI 公司推出的RADAN专用雷达数据处理软件，对探地雷达数据进行处理，该软件在WINDOWS 界面下运行，操作界面简单易懂，操作过程直观明了。雷达检测资料处理顺序见图1。

图1 雷达资料处理流程图

3 检测成果

坝体内渗漏区与周围密实介质之间介电常数之间存在明显差异，故渗漏区反射波能量较大。当坝体内局部松散或有渗漏时，电磁波反射同相轴杂乱，相应的会有很多弧形绕射波反应；当松散部位含水量较高的时候，电磁波频率会比较低，且出现震荡现象。当坝体内介质较为完整时，信号较弱甚至无反射信号。

沿坝顶轴线布置测线，沿测线进行雷达探测的成果图中，横向数据代表天线沿大坝测线检测的距离，左侧竖向数据代表探地雷达发射和接受电磁波的双程行走时间，右侧数据代表探地雷达进行探测时所探测的深度。

由地质雷达测量断面图所示，整个断面内由能量较弱的水平状反射波出现，且出现电磁波震荡现象；推测由于坝体内局部地层渗透系数较高所致。断面内局部地段反射同相轴由轻微的扰动特征，说明坝体内地层局部不均匀，因扰动能量较弱，推测不应为渗漏等因素引起。根据探地雷达检测成果，经综合分析评判，认为土清源湖水库大坝坝体内部局部存在集中渗漏部位。

在可能存在坝基软弱松散夹层处进行了补充地质勘探。现场取芯证实，围坝1+490～1+530和2+500～2+540 段深度14 m 左右，坝基存在0.6～1.2 m 厚夹砂层，现场地质勘探成果表明，清源湖水库大坝桩号0+224～0+265 m 和1+230～1+270 两处大坝坝基存在渗漏隐患，清源湖水库大坝上述部位坝基渗漏严重，坝后芦苇茂盛，说明地质勘探、探地雷达检测成果与现状相吻合，该物探分析成果经与实际地质勘探成果验证，完全符合客观实际。

4 结 语

商河县清源湖水库大坝无损检测成果表明，应用探地雷达对大坝坝体坝基进行检测，用以探测大坝工程是否存在渗漏等隐患非常实用有效。随着探地雷达应用技术在水利工程领域的普及，其在水利工程隐患探测方面发挥的作用将愈来愈重要。