探地雷达及注水试验在检测大坝截渗墙中的应用

□张涛涛 □张 华

（河南省河口村水库工程建设管理局）

大坝防渗墙的质量与保护区内人民的生命财产安全息息相关，对已修建的防渗墙进行科学有效的质量验收检测工作十分必要。目前的防渗墙质量检测工作量大、面广，施工工艺和人为等因素造成的质量问题复杂多样，规律性差，传统方法满足不了需要，而至今尚无国家或行业有关防渗墙的检测验收标准。

探地雷达是利用电磁波在不同介质中的传播和反射特性，对地下或物体内不可见的目标体或界面进行定位的探测技术。它是近十几年发展起来的一种高新技术，以其分辨率高、定位准确、工作效率高、操作方便的特点和无损检测的方法，正逐渐成为工程检测的一种有力工具。

截渗墙体的施工质量常用渗透系数(K)对其进行渗透性及渗透稳定性分析评价。因此，在工程地质勘察中需运用一定的方法来获取渗透性指标。钻孔注水试验方法以其原位不扰动及操作简便等特点，能较准确反映天然状态下勘探深度范围内岩土层的渗透性特征，从而被广泛应用。

一、检测原理及方法

（一）探地雷达检测原理

探地雷达是近年来新兴的地下探测与地面混凝土构筑物无损检测的新技术，它是利用高频电磁脉冲波的反射原理来实现探测目的，属电磁波探测技术中的一种，电磁波在介质中传播时，其路径、电磁波强度与波形将随通过介质的电性质与几何形态不同而变化。因此根据接收波的旅行时间 (亦称双程走时)，幅度与波形等资料，可探测介质的结构、构造与埋设物体。

探地雷达检测技术具有的优势有：高分辨率，可达数厘米；无损性，检测过程是对隧道衬砌进行“CT”似的扫描；高效率，图象直观，工作周期短；抗干扰能力强，可在各种环境下工作。

从几何形态看，地下异常体可概括为点状体(如孔洞、管线等)和面状体(如裂隙、层面等)两类，它们在雷达图像上有各自特征，其中点状体特征为双曲线反射弧，面状体反射呈线状反射。异常区的特征则可通过反射波振幅来判断，位置可通过反射波走时确定，见公式（1）

式中：h为异常体埋深；t为双程走时；x为收发距；v=c/为电磁波在介质中的传播速度；c为电磁波在空气中传播的速度；εr为介电常数当发射和接收天线沿物体表面逐点同步移动时，就能得到其内部介质剖面图像。

（二）注水试验方法

钻孔注水试验是用人工抬高水头，向钻孔内注人清水，测定岩土体渗透性的一种原位试验方法。适用于水平分布宽度较大、均一或较均一的岩土层，试段长度不宜＞5m，可采用栓塞或套管脚粘土等止水方法。对于不能进行抽水试验和压水试验，取原状样进行室内试验又比较困难的松散岩土体尤为适用。根据试验方法和适用岩土层条件不同，钻孔注水试验分为常水头注水试验和降水头注水试验两种方法。因刘瑶水库大坝防渗墙为塑性混凝土防渗墙，墙体强度较低，采用钻孔常水头注水试验的方法进行。

常水头注水试验是连续往钻孔内注水，并使水头(H)抬高保持一定，测得稳定时的注水流量(Q)。注水延续时间一般在2h以上，根据最后一次稳定注水流量按不同条件下相应的计算公式求解渗透系数K值。

该方法适用于较强透水岩土层，如壤土、粉土、砂土和砂卵石层等，或不能进行压水试验的风化破碎岩体。对于试段位于地下水位以上情况，因存在土层饱和问题，试验时间相对要长些;而当试段为细粒土时，也要比试段为粗粒土的稳定时间长。

当试段位于地下水位以下时，渗透系数计算采用下式：

式中K——试验岩土层的渗透系数，cm/s；Q——注入流量，L/min；H—试验水头，cm；A——形状系数，cm；

当试段位于地下水位以上时，且50＜H/r＜200、H≤l时，渗透系数计算采用下式：

式中r——钻孔半径，cm；l—试段长度，cm；其余符号同上式（1）。

二、工程应用实例

刘瑶水库位于黄河流域伊河支流白降河中游，水库主要由大坝（主、副坝）、溢洪道、输水洞等建筑物组成。大坝为均质土坝，主坝全长531m，坝顶高程357.5m，最大坝高34.5m，大坝防渗工程采用塑性混凝土防渗墙结合土工膜的方案进行防渗处理，防渗墙位于上游一级马道348.0m高程，轴线平行于大坝轴线，设计混凝土防渗墙厚度为0.5m，防渗墙材料采用42.5MPa普通硅酸盐水泥，混凝土无侧限抗压强度等级C5，抗拉强度不低于抗压强度的1/10，渗透系数＜1×10-6cm/s。

本次检测采用探地雷达法、钻孔检查法、开挖检查法、注水试验法等来检测防渗墙墙体连续性、均匀性以及墙体渗透系数。

（一）探地雷达检测

篇幅所限，本文截取桩号ZB0+295～ZB0+315段雷达图像进行分析，在探地雷达检测范围内，图像稳定性较好，没有出现明显的异常区域，判断墙体连续性较好。

图1 桩号ZB0+295～ZB0+315段雷达图像

（二）注水试验

本次注水试验共布设检测孔3个，11个注水试段。根据《水利水电工程注水试验规程》（SL345-2007），采用钻孔常水头注水试验进行检测，检测结果见表1。

表1 伊川县刘瑶水库大坝塑性混凝土防渗墙工程注水试验成果表

检测结果可知，注水试验共进行3孔，11试段，从计算结果看范围值在9.2×10-7～2.6×10-7cm/s之间，均满足设计要求。

三、结语

探地雷达检测技术不仅操作方便、检测效率高，而且其分辨率高，相对误差较小，值得在实际工程无损检测中大力推广应用；作为原位测试的一种方法，钻孔注水试验工作效率高，所得结果可靠，二者的结合，给大坝防渗墙检测提供了新的方法，实践证明该方法是可靠可行的。