地質(zhì)雷達(dá)法檢測水庫壩坡面板基礎(chǔ)脫空

□吳 芳(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪地理信息院)

1 工程概況

位于山間河溝內(nèi)的某水庫，由主壩、副壩、庫盆、排水洞及攔沙壩等建筑物組成。主壩為瀝青混凝土面板堆石壩,壩上游瀝青混凝土面板為簡式斷面，面板自下而上分為三層：瀝青混凝土整平膠結(jié)層、防滲層及表面封閉層。

在大壩建設(shè)過程中，當(dāng)主壩基礎(chǔ)填筑到頂、上游面板瀝青混凝土整平膠結(jié)層填筑完成時，遭遇突發(fā)的強降雨襲擊，由于水量集中，壩頂滲水進(jìn)入壩內(nèi)部分來不及排向壩外，滲入到壩坡瀝青混凝土和墊層料之間，現(xiàn)場可見局部壩面瀝青混凝土出現(xiàn)沉降、塌陷及裂縫等。

為了進(jìn)一步查清主壩隱含的基礎(chǔ)脫空情況，確保大壩安全，需要對主壩上游壩坡進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探測，分析主壩上游壩坡所有檢測面的瀝青混凝土整平層基礎(chǔ)下面脫空情況。

2 工作方法與技術(shù)

2.1 地質(zhì)雷達(dá)探測原理

地質(zhì)雷達(dá)是利用電磁波在傳播過程中遇到電磁性界面會發(fā)生較強烈的散射的原理，通過向地下發(fā)射高頻電磁脈沖，并接收由地下反射回地面的回波信號來探測地下情況的。這種技術(shù)具有探測速度快、操作方便靈活、探測費用低和探測結(jié)果能以圖像方式實現(xiàn)實時顯示等優(yōu)點。由于地質(zhì)雷達(dá)采用了寬頻短脈沖和高采樣率技術(shù)，其探測分辨率高于其它地球物理探測手段。這種無損傷高精度物探技術(shù)，在工程地質(zhì)勘測、古遺址探測、地下埋設(shè)物探測和地下污染帶劃分等方面已得到較廣泛的應(yīng)用,對水庫多種隱患具有良好的探測效果,能夠避免病害水庫治理的盲目性，提高治理效果，節(jié)約工程費用。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)探測原理示意圖

2.2 測線布置情況

為了取全取準(zhǔn)原始信息，主壩上游壩坡上測線采用準(zhǔn)平行布設(shè)，壩底為測線起始點，壩頂為測線終點，其中，直線段為完全平行測線，測線間距為0.50m，弧線段以底部測線起始點為準(zhǔn)，底部測線間距0.50m、壩頂上測線終點處間距為1.90m。

主壩上游壩坡檢測測線樁號按照南小北大的物探常規(guī)編號方法編排，測線號用測線所在位置樁號命名。各條測線道號均為下小上大排列，測線長1540道左右（直線距離96.50m～97.50m）。在現(xiàn)場實地測線兩端均做好測線號標(biāo)記，施工時使用導(dǎo)向繩標(biāo)示測線位置，指導(dǎo)雷達(dá)行走位置與方向。

由于壩坡上不便于人員行走施工，因此，特制了地質(zhì)雷達(dá)探測專用車，將設(shè)備放置其上。在壩頂用特制動力裝置牽引專用車沿坡面上下移動。各測線使用相同的雷達(dá)參數(shù),檢測目的層以面板以下30cm層為主。

2.3 技術(shù)參數(shù)

在正式施工前進(jìn)行了環(huán)境調(diào)查、有效波組和干擾波調(diào)查等試驗工作，最后確定的主要數(shù)據(jù)采集參數(shù)如下：天線頻率900MHz，檢測點距6.28cm，記錄點數(shù)512樣點/掃描，采樣長度20ns，迭加次數(shù)3次，掃描頻率128掃描/s。

2.4 數(shù)據(jù)處理方法

地質(zhì)雷達(dá)原始記錄數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)的圖像對于分析地質(zhì)微弱缺陷來說通常是不夠直觀的，必須通過數(shù)據(jù)處理才能獲得用于地質(zhì)推斷的高質(zhì)量深度剖面。處理人員在對探測的壩坡面板及其基礎(chǔ)的物理地質(zhì)屬性充分理解、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集情況充分了解的基礎(chǔ)上，對處理流程和參數(shù)進(jìn)行了反復(fù)的試驗優(yōu)選，確定了如下基本處理流程：數(shù)據(jù)I/O→道編輯→地表校正→頻譜分析→各種濾波→反褶積→繪圖

3 成果分析

3.1 波組特征

數(shù)據(jù)解釋是對經(jīng)數(shù)據(jù)處理后的地質(zhì)雷達(dá)深度（時間）剖面的運動學(xué)和動力學(xué)特征進(jìn)行綜合地質(zhì)推斷、解釋和異常圈定，它的關(guān)鍵步驟是波組特征識別。在處理剖面上，正常的波組特征表現(xiàn)為同相軸平行、穩(wěn)定，幅度均勻，頻率一致，能量自上而下由強變?nèi)酰幻摽栈虺料莸牡囟?，電磁波反射和散射路徑發(fā)生變化，其波組特征就會發(fā)生相應(yīng)的變化。通過分析歸類，可總結(jié)出3類地質(zhì)雷達(dá)圖像的波組特征;經(jīng)過抽樣驗證，建立起面板基礎(chǔ)-地質(zhì)雷達(dá)波組模型（見圖2、圖3）：一是嚴(yán)重脫空（Ⅰ類異常）:相位錯動嚴(yán)重、部分地表同相軸已嚴(yán)重變形。二是輕微脫空、沉陷（Ⅱ類異常）：相位錯動、同相軸振幅減弱。三是水跡（Ⅲ類異常）：相位輕微錯動、同相軸振幅輕微減弱。

圖2 壩坡面板基礎(chǔ)脫空區(qū)地質(zhì)雷達(dá)波組特征(數(shù)據(jù)處理剖面)圖

圖3 開挖驗證結(jié)果圖

3.2 異常解釋

根據(jù)經(jīng)過驗證的上述雷達(dá)波組特征,對各測線數(shù)據(jù)處理剖面進(jìn)行對比解釋。從雷達(dá)檢測結(jié)果看，瀝青混凝土基礎(chǔ)良好，平均厚度10cm，鋪設(shè)均勻，只有個別位置出現(xiàn)較嚴(yán)重的沉降、脫空及塌陷，應(yīng)采取相應(yīng)處理措施。同時，由于主壩瀝青混凝土整平層遭遇過大暴雨，在壩坡瀝青混凝土和墊料層之間，尚有其它較輕微的沉陷、脫空和水跡。整體來看，測線小號病害較多，大號方向病害相對較少；從病害的嚴(yán)重程度來看，測線小號較嚴(yán)重，大號方向相對較輕。

4 結(jié)論

一是地質(zhì)雷達(dá)可對壩體脫空、裂縫和庫底塌窩進(jìn)行有效探測，準(zhǔn)確確定其位置和規(guī)模，也可對滲漏通道進(jìn)行直接探測或分析追蹤，甚至對塌陷險情進(jìn)行預(yù)報，從而為大壩隱患治理提供科學(xué)依據(jù)。地質(zhì)雷達(dá)對地表和地下無任何破壞作用，屬于無損檢測，具有分辨率高、探測速度快、操作方便靈活和應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點。二是要實現(xiàn)應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)解決面層脫空探測的問題，需對各種類型脫空的影像特征進(jìn)行系統(tǒng)分析和研究，做好數(shù)據(jù)處理和圖像解釋。在地下情況復(fù)雜的條件下，若能與鉆探或其它方法互相配合，可有效地提高圖像解釋的精度和準(zhǔn)確程度。

[1]白萬山,劉康和.塑性混凝土地連墻質(zhì)量檢測分析[J].工程勘察,2013(3):87～91.

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