水閘底板滲流隱患的探地雷達檢測

徐云乾,楊文濱,袁明道,張旭輝,劉金濤,劉建文

(廣東省水利水電科學(xué)研究院 廣東省山洪災(zāi)害防治工程技術(shù)研究中心，廣州 510635)

水閘底板滲流隱患的探地雷達檢測

徐云乾,楊文濱,袁明道,張旭輝,劉金濤,劉建文

(廣東省水利水電科學(xué)研究院 廣東省山洪災(zāi)害防治工程技術(shù)研究中心，廣州 510635)

介紹了探地雷達的工作原理，應(yīng)用探地雷達技術(shù)檢測佛山市沙口水利樞紐引水閘底板的滲流隱患，分析研究了滲流隱患區(qū)域的探地雷達圖像特征和隱患的定性識別方法。檢測結(jié)果表明，該技術(shù)可有效地檢測水閘底板的滲流隱患。

探地雷達；水閘底板；滲流隱患

探地雷達是用高頻無線電波來確定介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)分布規(guī)律的一種探測方法，具有高效、無損和結(jié)果直觀的特點。探地雷達的探測系統(tǒng)包括發(fā)射天線和接收天線，以及控制收發(fā)和數(shù)據(jù)存儲的控制系統(tǒng)。探地雷達采用的高頻電磁波頻率范圍一般為1 MHz10 GHz，不同的天線具有不同的頻率范圍，也控制著探測目標(biāo)的探測深度和分辨率。探地雷達采用較低頻率和較窄帶寬電磁波進行探測，獲得的探測深度較大，分辨率較低；采用較高頻率和帶寬頻率范圍的電磁波進行探測，雖然探測深度淺，但能獲得相對較高的分辨率[1]。

探地雷達技術(shù)在20世紀(jì)90年代后逐漸成熟起來[2]，我國水利工程領(lǐng)域引進探地雷達進行隱患探測的時間較早，開始是應(yīng)用在土石壩的滲漏探測中，后來逐步應(yīng)用于土石壩的水下隱患探測中。徐興新等[3]在2002年應(yīng)用探地雷達對閘壩水下工程中的混凝土板塌陷、破損、基礎(chǔ)淘空以及沖刷坑等隱患進行探測，但沒有針對滲流隱患做相關(guān)探測研究。2011年，尚向陽等[4]利用探地雷達對黃河棗樹溝進行了水下探測，獲得了水下拋石及河道的相關(guān)雷達數(shù)據(jù)。2014年安鐸等[5]對無水狀態(tài)下水閘底板脫空做了物理模型試驗研究，但是沒有對長期處于水下的水閘底板脫空部位做雷達探測。自2002年以來，戴呈祥、王士恩[6-8]較為全面地利用探地雷達技術(shù)探測了水閘閘基等水下結(jié)構(gòu)的沖刷剝蝕程度，淘空區(qū)的位置、范圍、發(fā)育程度及規(guī)模。

筆者結(jié)合雷達探測結(jié)果和工程實際的隱患表象，在以上研究成果的基礎(chǔ)上，開展了進一步的實踐研究，總結(jié)出探地雷達閘底板滲流隱患的圖像特性和隱患的定性識別方法。

1 工程概況

佛山市沙口水利樞紐位于北江潭洲水道(東平河)北岸的汾江河入口處，工程包括：分洪閘、引水閘、船閘、引水泵站各1座；防汛搶險潛水訓(xùn)練基地、佛山市防汛物資中心倉庫和約1 km長的佛山大堤。該工程是目前佛山大堤上最大的水利樞紐，屬于中型水閘工程。

分洪閘有4孔，單寬凈寬10.5 m，總凈寬42 m，設(shè)弧形鋼閘門，控制最大下泄量為300 m3·s-1，為中型水閘；消力池寬49 m，長9.4 m。

引水閘建于1981年，1982年建成投入使用，位于分洪閘后側(cè)，主要起引水、二級蓄水防洪、截污等作用。引水閘共8個孔，單孔凈寬5 m，總凈寬40 m，閘底板高程-2 m，設(shè)4扇平板鋼閘門。

探地雷達檢測對象為水利樞紐分洪閘與引水閘之間的底板。

2 探測方法

采用加拿大探頭與軟件公司生產(chǎn)的pulse EKKO PRO專業(yè)型探地雷達，使用發(fā)射頻率為250 MHz的屏蔽天線。

采用橡皮筏沿測線勻速前進，以閘墻分縫為關(guān)鍵點(F1Fn)進行標(biāo)記的方式采集測點數(shù)據(jù)。

水閘雷達測試測線布置如圖1所示，在引水閘和分洪閘之間共布置了6條測線，沿水流方向3條，平行于閘軸線方向3條，測線布置方法見表1。

圖1 水閘雷達測試測線布置示意

測線編號位置測試方向line14正對4#閘室垂直于閘軸線line15正對2#,3#閘墩垂直于閘軸線line16正對1#閘室垂直于閘軸線line17護坦內(nèi)平行于閘軸線line18護坦內(nèi)平行于閘軸線line19消力池內(nèi)平行于閘軸線

3 探測結(jié)果

測線line 14：① 消力池底板處雷達波回波均勻，同相軸連續(xù)，底板質(zhì)量均一；② 大部分閘底板和護坦的雷達波回波均勻，同相軸連續(xù)，底板質(zhì)量均一；③ 護坦靠近引水閘處底板(約60 m,水平樁號距離，下同)底部回波振幅強烈，同相軸中斷，可能已經(jīng)出現(xiàn)一個滲漏通道；④ 該處區(qū)域(7090 m)內(nèi)反射同相軸錯位約10 ns，雷達波在淡水中的傳播速度為0.033 m·ns-1，經(jīng)計算，可知底板已經(jīng)發(fā)生了最大16.5 cm的沉降；⑤ 靠近引水閘護坦(3080 m)基礎(chǔ)底部的淤泥層分布較厚。

測線line 16：① 消力池底板處雷達波回波較強，同相軸連續(xù)，底板質(zhì)量均一；② 大部分閘底板和護坦雷達波回波較強，同相軸連續(xù)，底板質(zhì)量均一；③ 閘室底板(-100 m)同相軸中斷，雷達波異常部位多次波來回多次反射，為振幅異常較強部位，閘室底板基礎(chǔ)(砂土或淤泥)可能相對密實度較差；④ 該處區(qū)域內(nèi)(7090 m)反射同相軸錯位約10 ns，根據(jù)雷達波在淡水中的傳播速度計算，可知底板已經(jīng)發(fā)生了最大16.5 cm的沉降；⑤ 靠近引水閘護坦(5170 m)基礎(chǔ)底部的淤泥層分布較厚。

測線line 15：① 消力池底板處雷達波回波較強，同相軸連續(xù)，底板質(zhì)量均一；② 由于水流波動引起的雷達波回波紊亂，水面平靜后雷達波恢復(fù)正常，此處(7890 m)為外界因素引起的雷達波異常區(qū)；③ 靠近引水閘護坦(1058 m)基礎(chǔ)底部的淤泥層分布較厚；④ 該處區(qū)域(020 m)內(nèi)反射同相軸錯位約10 ns，根據(jù)雷達波在淡水中的傳播速度計算，可知底板已經(jīng)發(fā)生了最大16.5 cm的沉降。

測線line 14line 16的雷達圖像如圖2所示。為了驗證雷達測試結(jié)果，2016年12月13日，檢測人員對雷達測試區(qū)域進行了檢查，當(dāng)天內(nèi)江水位約0.3 m，閘底板高程為-2 m，底板以上水深約0.3 m，因此上下游水頭差約為2 m。檢查發(fā)現(xiàn)引水閘前底板第三跨分縫處共有4處冒沙點，出沙量較大，第一跨底板屬重度沉陷區(qū)，經(jīng)現(xiàn)場檢測人員測量，最大沉陷量約16 cm。

引水閘閘前30 m處管涌冒沙，閘前20 m范圍內(nèi)底板下陷，現(xiàn)場檢查引水閘閘前底板冒沙沉陷分布(見圖3)，結(jié)果說明閘室底部存在上下游連通的滲流通道，引水閘滲流安全存在嚴(yán)重缺陷，防滲設(shè)施不滿足規(guī)范要求，印證了雷達的測試結(jié)果。

圖2 測線line 14line 16雷達圖像

圖3 現(xiàn)場檢查引水閘閘前底板冒沙沉陷分布示意

4 結(jié)語

(1) 利用探地雷達對水閘底板滲流隱患進行探測是可行的，不同頻率的雷達對探測區(qū)域的水深也有不同要求，目前適用于水閘底板滲流隱患的最合理的探地雷達探測頻率是250 MHz左右。

(2) 將滲流隱患探測的探地雷達圖像和實際情況進行相互印證，提供了閘底板滲流隱患的雷達圖像檢測方法。

[1] 紀(jì)麗靜,施養(yǎng)杭. 探地雷達在工程檢測中的應(yīng)用與發(fā)展[J]. 無損檢測,2010,32(3):201-204.

[2] 李想堂,王端宜,張肖寧. 探地雷達技術(shù)的回顧與展望[J]. 無損檢測,2006,28(9):479-484.

[3] 徐興新,吳晉,沈錦音. 探地雷達檢測閘壩水下工程隱患[J]. 水利水運工程學(xué)報,2002(1):67-72.

[4] 尚向陽,張汝印,蘇茂榮,等. 探地雷達在黃河棗樹溝水下探測中的應(yīng)用[J]. 人民黃河,2011(3):10-12.

[5] 安鐸, 陸新宇, 李經(jīng)緯. 基于探地雷達技術(shù)的水閘脫空檢測方法研究[J]. 人民長江, 2014(s2):202-205.

[6] 戴呈祥. 江河水閘隱患探測技術(shù)[J]. 廣東水利水電, 2002(1):13-15.

[7] 戴呈祥, 王士恩. 水閘閘基隱患探測雷達圖像特征分析[J]. 地球物理學(xué)進展, 2003, 18(3):429-433.

[8] 戴呈祥, 王士恩. 水閘閘基隱患類型特征分析[J]. 工程地球物理學(xué)報, 2004, 1(4):353-357.

TheDetectionofSeepageHazardinSluiceGateBottomPlateUsingGPR

XU Yunqian, YANG Wenbin, YUAN Mingdao, ZHANG Xuhui, LIU Jintao, LIU Jianwen

(Guangdong Mountain Flood Disaster Prevention and Control Engineering Center,Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower, Guangzhou 510635, China)

The paper aims to introduce the working principle of the ground penetrating radar (GPR) and to apply the GPR to inspect the seepage hazard in the sluice gate bottom plate of the water conservancy pivot in Shakou, Fushan of Guangdong. The GRP image characteristics of seepage hazard and its qualitative identification methods were analyzed. Test results showed that the proposed inspection means can effectively detect the seepage hazard.

ground penetrating radar； sluice gate bottom plate; seepage hazard

P631；TN95；TG115.28

： B

：1000-6656(2017)09-0083-04

2017-01-20

廣東省水利科技創(chuàng)新資助項目(2014-09)

徐云乾(1986-),男，碩士，工程師，主要從事水工結(jié)構(gòu)研究工作

徐云乾，xuyunqian@foxmail.com

10.11973/wsjc201709021