牛景濤，周春蕾

（山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟南 250014）

隨著科技的發(fā)展，探地雷達在地下工程勘探、工程勘察、隱蔽工程隱患探測等環(huán)節(jié)發(fā)揮的作用越來越重要。在解決水利工程疑難問題和高技術(shù)雜難問題方面有明顯改善和提高，在顯示工程實際中一些切實無法解決的工程監(jiān)理和檢測問題，現(xiàn)在通過地質(zhì)雷達探測，已經(jīng)有了較為成熟和實用的解決方案。

清源湖水庫工程位于商河縣南部，商河縣玉皇廟鎮(zhèn)西南，水庫圍壩周長4 043 m，設(shè)計庫底高程14.2 m，壩頂高程27.0 m，永久占地123.33 hm2，總庫容953.5 萬m3，興利庫容860.7 萬m3。主要建筑物級別為3 級，次要建筑物為4 級。水庫工程由圍壩、引水渠、節(jié)制閘、入庫泵站、出水井、泄水閘、截滲溝及2.4 km 引黃總干渠改線等工程組成。受商河縣水務(wù)局的委托，山東省水利科學(xué)研究院采用無損檢測探地雷達法對該水庫大壩進行了質(zhì)量檢測。

1 檢測原理

探地雷達法無損檢測工作的原理就是采用設(shè)備自帶天線（發(fā)射極T）在壩頂沿壩軸線水平移動，垂直向下發(fā)送高頻脈沖電磁波。高頻脈沖電磁波在壩體壩基土中傳播,當(dāng)遇到傳播速率不同的地下特定物體時,如大壩土體空腔、孔洞或者是壩體、壩基分界面，發(fā)射的高頻脈沖電磁波便會發(fā)生反射現(xiàn)象，高頻脈沖電磁波反射回大壩壩頂時，由探地雷達自帶接收天線（接收極R）所接收。在對探地雷達自帶接收天線接收到的電磁波進行處理和分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)接收到的高頻脈沖電磁波波的傳輸時間、波的強度和波的形狀等幾個特征參數(shù)便可推斷地下特定物體的三維位置、形態(tài)結(jié)構(gòu),從而可以獲得對地下特定物體的檢測成果。這是一種非破壞性的無損探測技術(shù),已經(jīng)被用于探礦、考古、尋找地?zé)豳Y源、電力、工程勘察等很多領(lǐng)域,且具有很高的探測精度和分辨率。

本次工作所用儀器為瑞典RADARTEM 公司研發(fā)和生產(chǎn)的大穿透深度新一代Cobra plug-In 地質(zhì)雷達系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進的實時采樣技術(shù)，使信噪比提高45dB，勘探深度增加一倍以上，采用SE-40 收發(fā)一體天線和半屏蔽技術(shù)，進一步增加了勘探深度和屏蔽效果，勘探深度0～100 m，可在較強電磁干擾地面獲得可信的探測結(jié)果。已經(jīng)被廣泛的運用于各個領(lǐng)域中，包括公路檢測、溶洞探測、地質(zhì)構(gòu)造探測、管線探測、軍事與安全、考古探測、冰川考察等。

采集系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)見表1。SUBECHO系列天線主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

2 檢測技術(shù)方法

本次清源湖水庫大壩壩體壩基無損探測采用瑞典RADARTEM 公司研發(fā)和生產(chǎn)的大穿透深度新一代Cobra plug-In 地質(zhì)雷達系統(tǒng)進行探測，根據(jù)大壩壩體和壩基需要探測的深度和庫區(qū)、壩體壩基等地質(zhì)情況，采用連續(xù)剖面法對水庫圍壩進行測量。

表1 采集系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)表

表2 SUBECHO 系列天線主要技術(shù)指標(biāo)

使用探地雷達對被測物體進行測量時，一般采用連續(xù)剖面法進行，即拖動發(fā)射天線和接收天線，使兩天線沿測線同步移動，且保持兩天線間距固定。本次檢測采用SE-40 收發(fā)一體天線。

檢測結(jié)束后，采用GSSI 公司推出的RADAN專用雷達數(shù)據(jù)處理軟件，對探地雷達數(shù)據(jù)進行處理，該軟件在WINDOWS 界面下運行，操作界面簡單易懂，操作過程直觀明了。雷達檢測資料處理順序見圖1。

圖1 雷達資料處理流程圖

3 檢測成果

壩體內(nèi)滲漏區(qū)與周圍密實介質(zhì)之間介電常數(shù)之間存在明顯差異，故滲漏區(qū)反射波能量較大。當(dāng)壩體內(nèi)局部松散或有滲漏時，電磁波反射同相軸雜亂，相應(yīng)的會有很多弧形繞射波反應(yīng)；當(dāng)松散部位含水量較高的時候，電磁波頻率會比較低，且出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象。當(dāng)壩體內(nèi)介質(zhì)較為完整時，信號較弱甚至無反射信號。

沿壩頂軸線布置測線，沿測線進行雷達探測的成果圖中，橫向數(shù)據(jù)代表天線沿大壩測線檢測的距離，左側(cè)豎向數(shù)據(jù)代表探地雷達發(fā)射和接受電磁波的雙程行走時間，右側(cè)數(shù)據(jù)代表探地雷達進行探測時所探測的深度。

由地質(zhì)雷達測量斷面圖所示，整個斷面內(nèi)由能量較弱的水平狀反射波出現(xiàn)，且出現(xiàn)電磁波震蕩現(xiàn)象；推測由于壩體內(nèi)局部地層滲透系數(shù)較高所致。斷面內(nèi)局部地段反射同相軸由輕微的擾動特征，說明壩體內(nèi)地層局部不均勻，因擾動能量較弱，推測不應(yīng)為滲漏等因素引起。根據(jù)探地雷達檢測成果，經(jīng)綜合分析評判，認(rèn)為土清源湖水庫大壩壩體內(nèi)部局部存在集中滲漏部位。

在可能存在壩基軟弱松散夾層處進行了補充地質(zhì)勘探。現(xiàn)場取芯證實，圍壩1+490～1+530和2+500～2+540 段深度14 m 左右，壩基存在0.6～1.2 m 厚夾砂層，現(xiàn)場地質(zhì)勘探成果表明，清源湖水庫大壩樁號0+224～0+265 m 和1+230～1+270 兩處大壩壩基存在滲漏隱患，清源湖水庫大壩上述部位壩基滲漏嚴(yán)重，壩后蘆葦茂盛，說明地質(zhì)勘探、探地雷達檢測成果與現(xiàn)狀相吻合，該物探分析成果經(jīng)與實際地質(zhì)勘探成果驗證，完全符合客觀實際。

4 結(jié) 語

商河縣清源湖水庫大壩無損檢測成果表明，應(yīng)用探地雷達對大壩壩體壩基進行檢測，用以探測大壩工程是否存在滲漏等隱患非常實用有效。隨著探地雷達應(yīng)用技術(shù)在水利工程領(lǐng)域的普及，其在水利工程隱患探測方面發(fā)揮的作用將愈來愈重要。