地质雷达技术在防渗墙检测中的应用

□王海朋(河南水利基本建设工程质量检测中心站)

1.前言

长期以来我国隐蔽工程质量检测与评价方法仍沿用着传统开挖检查和钻孔取样试验等的常规技术。鉴于地质雷达探测技术具有高精度、高分辨能力、探测成果彩色直观和现场检测快速便捷等优点，备受广大工程技术人员的青睐。现已成功地应用于岩土工程勘察、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域，取得了显著的探测效果和社会经济效益，并在工程实践中不断完善和提高。本例采用以俄罗斯OKO-2 型地质雷达探测技术为主，以传统检测方法为辅进行塑性混凝土防渗墙均匀、连续性的评定。

2.工程概况

小南海水库位于河南省安阳市西南35km 的海河流域卫河支流安阳河上，大坝塑性混凝土防渗墙布置在桩号0+040-0+350之间，防渗墙墙体材料采用塑性混凝土，墙体厚度取0.8m。

3.传统检测法

3.1 取芯检查

本工程塑性混凝土防渗墙根据施工单位意见并结合现场实际情况，选取3 处相对薄弱部位通过钻芯取样度量观察。检测设备采用150 型回转钻机金刚石单管单动钻具清水钻进，从取出的芯样来观察防渗墙结构均匀密实度。通过钻芯法取样检测结果见表1,同时辅以芯样效果图1、2、3。

表1 钻芯取样检测防渗墙墙体完整性结果表

图1 （0+080）芯样效果图

图2 （0+150）芯样效果图

图3 （0+250）芯样效果图

3.2 开挖检查

施工结束后，经监理见证，在桩号0+080、0+250 位置沿防渗墙轴线方向开挖长4m，深2m 的槽段检查其墙体外观质量、墙厚及垂直度,效果图见图4、5。

图4 （0+080）检查图

图5 （0+250）检查图

4.地质雷达物探法

4.1 地质雷达技术的工作原理

地质雷达技术是以高频电磁波以宽带脉冲形式，通过发射天线定向对地下或工程实体内发射信号，经存在电性差异的地下分界层或目标体反射回地面，由接收天线接收。高频电磁波在介质中传播时，其路径电磁场强度与波形将随着通过不同介质的电性特征及几何形态而变化。电磁波在介质中传播时，遇到地下介质不均匀、介电常数有差异时便会发生反射，其发射系数由介电常数决定。通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下界面或目标体的空间位置及结构，是一种对地下物体不可见部分进行定位的电磁检测技术。

4.2 地质雷达探测技术在防渗墙检测中的应用

本次采用俄罗斯OKO-2 型地质雷达对桩号0+040-0+350位置塑性混凝土防渗墙进行均匀连续性检测，雷达天线中心频率为250MHz、50MHz。根据电磁波在不同介质中的传播速度，通过现场标定参数后设置介电常数及传播速度。本次检测采用人工拖曳的方式进行，探测速度为每秒1～2m，为增加深层目标物信号强度，设置叠加数为8，扫描速率为400 扫/秒，采样点数为512；通过不同方向，不同频率天线的检测，经分析后数据信号吻合。探地雷达数据处理包括预处理（标记和桩号、添加标题、标识等）和处理分析，其目的在于抑制规则信号和随机干扰，以尽可能高的分辨率在探地雷达图像剖面上显示反射波，突出有用的异常信息（包括电磁波速度、振幅和波形等）来帮助解释。探地雷达所接收的是来自地下不同电性界面的反射波，其正确分析取决于检测参数选择合理、数据处理得当、模拟实验类比和读图经验等因素。在雷达检测分析中同时辅以部分开挖进行排除验证，从而得到较为精确的评定。

介质密实度的主要判定特征应符合下列要求：密实：信号幅度较弱，甚至没有界面反射信号；不密实：界面的强反射信号同相轴呈绕射弧形，且不连续，较分散；空洞或夹泥：界面反射信号强，三振相明显，在其下部仍有强反射界面信号，两组信号时程差较大。雷达图如图6、7 所示：

图6 （0+100-0+180）雷达信号图

图7 （0+040-0+100）雷达信号图

4.3 雷达信号检测结论

经地质雷达检测信号分析，桩号0+040-0+100 槽段塑性混凝土防渗墙墙体雷达信号幅度较弱，无明显异常，表明墙体较为均匀密实。桩号0+100-0+180 位置防渗墙墙体信号部分位置有不连续及分散显示，表明墙体有部分不密实现象。

5.结语

通过两种检测方法的对比，检测结论基本一致。结合近几年地质雷达检测防渗墙技术的实践资料来看，地质雷达技术是一种高速、安全的无损检测技术，但是地质雷达技术作为一种对隐蔽工程的探测手段，除了具有科学性的一方面外，同时也存在局限性、多解性、片面性。从原理上讲，目前的地质雷达利用的是近场球面电磁波，其天线的探测范围是一个形似开口向下的圆锥体，接收信号是地下一定范围内物体的综合反映，由于防渗墙厚度较薄，旁侧的影响就会容易将目标体信号掩盖掉。当接收信号携带有目标体小缺陷的信息时，在数据信号处理时不容易将它们分开，因此，难以判断所接收到的信号异常。另外，地质雷达探测技术目前在许多问题上只能给出定性的解释，在定量解释方面还不够完善。所以需要广大工程技术人员和科研人员做大量的试验，以便及时更好地指导工程的建设。