商河縣清源湖水庫大壩無損檢測成果淺析

牛景濤，周春蕾

（山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014）

隨著科技的發展，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節發揮的作用越來越重要。在解決水利工程疑難問題和高技術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理和檢測問題，現在通過地質雷達探測，已經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，商河縣玉皇廟鎮西南，水庫圍壩周長4 043 m，設計庫底高程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。受商河縣水務局的委托，山東省水利科學研究院采用無損檢測探地雷達法對該水庫大壩進行了質量檢測。

1 檢測原理

探地雷達法無損檢測工作的原理就是采用設備自帶天線（發射極T）在壩頂沿壩軸線水平移動，垂直向下發送高頻脈沖電磁波。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，發射的高頻脈沖電磁波便會發生反射現象，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上,根據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便可推斷地下特定物體的三維位置、形態結構,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,已經被用于探礦、考古、尋找地熱資源、電力、工程勘察等很多領域,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 公司研發和生產的大穿透深度新一代Cobra plug-In 地質雷達系統。該系統采用先進的實時采樣技術，使信噪比提高45dB，勘探深度增加一倍以上，采用SE-40 收發一體天線和半屏蔽技術，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果。已經被廣泛的運用于各個領域中，包括公路檢測、溶洞探測、地質構造探測、管線探測、軍事與安全、考古探測、冰川考察等。

采集系統主要技術參數見表1。SUBECHO系列天線主要技術指標見表2。

2 檢測技術方法

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

表1 采集系統主要技術參數表

表2 SUBECHO 系列天線主要技術指標

使用探地雷達對被測物體進行測量時，一般采用連續剖面法進行，即拖動發射天線和接收天線，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 收發一體天線。

檢測結束后，采用GSSI 公司推出的RADAN專用雷達數據處理軟件，對探地雷達數據進行處理，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

壩體內滲漏區與周圍密實介質之間介電常數之間存在明顯差異，故滲漏區反射波能量較大。當壩體內局部松散或有滲漏時，電磁波反射同相軸雜亂，相應的會有很多弧形繞射波反應；當松散部位含水量較高的時候，電磁波頻率會比較低，且出現震蕩現象。當壩體內介質較為完整時，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，橫向數據代表天線沿大壩測線檢測的距離，左側豎向數據代表探地雷達發射和接受電磁波的雙程行走時間，右側數據代表探地雷達進行探測時所探測的深度。

由地質雷達測量斷面圖所示，整個斷面內由能量較弱的水平狀反射波出現，且出現電磁波震蕩現象；推測由于壩體內局部地層滲透系數較高所致。斷面內局部地段反射同相軸由輕微的擾動特征，說明壩體內地層局部不均勻，因擾動能量較弱，推測不應為滲漏等因素引起。根據探地雷達檢測成果，經綜合分析評判，認為土清源湖水庫大壩壩體內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勘探。現場取芯證實，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，現場地質勘探成果表明，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重，壩后蘆葦茂盛，說明地質勘探、探地雷達檢測成果與現狀相吻合，該物探分析成果經與實際地質勘探成果驗證，完全符合客觀實際。

4 結 語

商河縣清源湖水庫大壩無損檢測成果表明，應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。隨著探地雷達應用技術在水利工程領域的普及，其在水利工程隱患探測方面發揮的作用將愈來愈重要。