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摘要：水库堤坝中的防渗墙属于隐蔽型的重要水利工程，堤坝的结构层形态复杂多变，探测难度大，防渗墙的检测成为业主、施工以及监理三方面所关注的焦点，对其实施行之有效的检测至关重要。为确保水库堤坝安全可靠地运行，采用高分辨率的物探方法对其探测是必须的。本文以浅层勘察为例，介绍地质雷达探测技术以及RADPRO软件的分析，在水库防渗墙检测中的应用，以查明该渗透墙体内部是否存在不连续的地段，为防止事故的发生及后续检测工作提供依据。
关键词：地质雷达；堤坝；防渗墙
引言
长期以来我国的隐蔽工程质量检测与评价仍然沿用传统开挖检查和钻孔取样试验等的常规技术。防渗墙应用于水库大坝的除险与加固工程中，其质量直接关乎到水利水电项目的建设，以及人民的生命与财产安全。鉴于防渗墙是地下的隐蔽建造工程，不可运用一般的建筑工程的检测与验收方法来进行检测，开挖以及钻孔检验的这种方法效率极低，需要财政开支很大，并且会对工程产生不可恢复的损坏。地质雷达探测技术是一种无损的检测方法，具有高精度、高分辨能力、探测成果彩色直观，以及现场检测快捷等优点。对堤坝的防渗墙连续性检测来说，雷达探测方法的优势比较明显，而且其操作便捷。防渗墙体和堤坝的底部之间存在显著介电参数的差别，因此对于防渗墙连续性相对比较好的区段，在雷达实际测得的图像会显现出一条比较完整而且连续的界面；然而完整性弱或防渗墙部分缺失或者全部缺失的地方，会在雷达实际检测图像上显示为放射界面的不明显、没有或者杂乱。其表现形式比较简单，对于非专业人士也可以看懂，也是其一大优点。以浅层勘察为例，介绍地质雷达探测技术应用于防渗墙连续性检测，以查明该渗透墙体内部是否存在不连续的地段，为防止事故的发生提供依据。
1 地质雷达技术的工作原理以及方法
1.1 地质雷达的工作原理
地质雷达技术是将高频电磁波运用宽带脉冲的形式（主频率在几十兆赫到几百兆赫之间）通过地面发射天线（T）定向发射至地下，通过具有电性差异的地下分界层或目标体反射送回至地面，由接受天线（R）所接收（如图1）。高频电磁波通过介质传播时，它的路径、电磁场的场强、电磁波的波形，都会随着通过介质的不用而变化。当收、发天线做出连续位移时，接收到的电磁波可以形成一张雷达接受波图像。对图像进行处理以及分析，根据接收波的波形、强度以及几何形貌等特征，可以对地下目标物的分布以及埋深特征进行判断。图1是探地雷达的探测原理的图示，对于介电常数不同的两种介质的边界部位，高频电磁波的传导会发生与光学反射以及折射相似的现象，所产生的反射波以及折射波的强弱与受到其相应的介质电性的影响。高频电磁波的发射与接收行程时间为：.png)
（1）
式（1）中：h 为反射界面的深度，单位为 m；x 为发射天线T与接收天线R之间的距离，单位为m；v 为雷达的脉冲速度，单位为 m/ ns。.png)
图1 探地雷达反射探测原理
读取探地雷达实际测得剖面的反射信号时间t，以及雷达脉冲的速度v，便可通过式（1）来求得反射物所处深度h，即目标体所处的位置。
雷达波的传导速度v 与介质的相对介电常数εr 有关：.png)
（2）
式中：c 为电磁波在空气中的传播速度，为0.3m/ns，εr为介质的相对介电常数。
图2 为波形记录的示意图，图上对照一个简单的地质模型，画出了波形的记录，在波形记录图上，各测点均通过测线的铅垂方向记录波形，构成雷达时间剖面。
图2 雷达波形记录示意图
1.2 防渗墙体连续性检测的可能性分析
因为防渗墙体建造的过程，会对原土层产生搅拌的作用，使土层间的分层性遭到损坏，如果用相对比较均匀的桩体，会产生相对较高的电阻率。这不仅可以改变介质中的物理相，也能改变其相关电性参数（电导率以及介电常数），同时可以改变其结构特征为地质雷达监测防渗墙提供了相应的物质基础。防渗墙底部为水泥柱体和土层的分界面，二者的成分差异明显，所以该界面会出现相应电磁波反射回波，对应在雷达探测的图像中会出现该处雷达波，并且电磁波会在此位置发生电位反转。假如墙体有不连续的地方或者缝隙，雷达波就会产生显著的绕射或反射的现象，在测量的剖面上就会出现明显的同相轴，为通过地质雷达技术检测防渗墙提供了相应的理论基础。
2 工程实例
2.1 工程概况
某水库1971 年竣工，以灌溉、防洪为其主要功能，库区面积为1.9km2。经过侵蚀，水库现在存在一些问题：迎水坡的干砌石护坡大面积毁坏，甚至坍塌；背水坡有局部渗水的现象，没有排水措施，大坝后面有水塘；南进的水涵洞的洞身渗水严重、已经被封堵，北进的水涵洞以及西灌溉涵洞的结构强度很低、渗径的长度没有达到规范要求。
2.2 检测方法
RAMAC/GPR型号的地质雷达检测系统，该仪器由计算机、天线、电子单元，以及主控单元等组成。该系统配备有多套天线系列，根据不同的探测目的及深度配以不用频率的天线。本次检测所采用天线的频率为50MHz，测点的点距为0.5m（如图 3），探测的深度范围一般在10m以内。
2.3 数据处理及分析
对雷达所测得的数据进行处理，从而可以对雷达所测得的图像进行科学的地质分析。数据的处理最的主要就是对雷达图像波形的处理，其中包括有效信息的增强、随即噪音的抑制、对杂乱非目标体回波的压制、图像信噪比以及分辨率的提高等。数据处理是为了降低规则和随机干扰，在雷达所测得的图像上以最高的分辨水平来显现出反射波，如此利于反射波各个有效参数的提取，从而可以有效地对地质进行分析。通常处理雷达数据的方法包括增强以及偏移绕射处理、反滤波、数字滤波等。数字滤波是通过电磁波高频的频谱特征来降低各干扰波的影响，比如多次的反射波以及直达波等；而反滤波是把地下介质看作一系列可以进行反射的界面，反射系数可以通过各界面反射波的特征获取；对偏移绕射的处理，即层析成像对反射波的应用，也就是使雷达所测得的各反射点发生偏移，从而使其回到原来位置，从而使地下介质的分布状况真实得反映出来；增强处理，有利于有效信号的增强，从而使地下的介质分布状况尽量明显地体现出来。
此次对雷达的数据进行采集时，现场干扰较少，在户外进行采集数据的质量较高，有利于对其进行科学的数据分析。对于此次实际测得的数据，我们运用地质雷达分析处理的相关软件（RAD- PRO）进行分析处理。
2.4 雷达测试结果及对防渗墙的评估
防渗墙体的连续性最主要的是要考虑其底端界面连续性的问题以及顶面和底面间的水泥桩是否完整。假如所检测的区段中防渗墙体底端连续，并且顶面与底面之间的水泥桩完整不间断，那么就可以把这段防渗墙看作是完整连续的。此次实际测量所得到的雷达的图像表示出，防渗墙体的内部很均匀，防渗墙的顶面露出的部分可以看出，其连续性较好。雷达探测结果显示地面亦连续，且顶面与底面相互之间没有出现水泥桩体的明显间断与缺失，因此推断认为这段防渗墙体是完整连续的。
图4中 的60-70m、94-116m处同向轴在局部不连续，可能是防渗墙体内部存在不均匀现象，建议钻孔验证。图5表示防渗墙连续性很好。
3 结论
地质雷达应用于结构检测不失为一种有效方法。通过对整个墙体的全面检测，能够找出相对薄弱的墙段和工程施工的隐患，缩小了后续检测的实际范围，也为进一步的钻孔、取芯工作提供了相关科学依据。
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论文作者:张传海
论文发表刊物:《基层建设》2015年7期
论文发表时间:2016/9/1
标签：防渗墙论文; 反射论文; 地质论文; 墙体论文; 电磁波论文; 波形论文; 介质论文; 《基层建设》2015年7期论文;