截渗墙连续性探地雷达可行性研究

许颢砾　张猛　王正勇

[摘要]本文简述了截渗墙的结构特征与探地雷达的原理，深入探讨了截渗墙连续性探地雷达检测的方法原理。运用数学模型、实例操作与图谱分析，通过计算较为准确地确定截渗墙墙体隐患位置，进而采用特定桩机在该区域注入混泥土加固，增强抗洪能力。研究结果表明，该无损检测方法可行，可靠，直观，经济。

[关键词]截渗墙 探地雷达 无损检测 图谱分析

[中图分类号] P225.7 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-270-1

1引言

2/3的中国国土正在受洪水威胁，将近27万公里堤防，许多水库需要巩固，而且许多工程存在隐患。堤防现状检查是防止汛期出现重大灾情最有效的措施之一，其检查内容包括裂缝、滑坡、跌窝、洞穴等。截渗墙技术是采用多头小直径深层搅拌截渗桩机把水泥浆喷入并搅拌形成混泥土，以混合的泥浆作为固化剂，进而使土体固结成具有良好整体、稳定性和防渗透性能较强的混泥土截渗墙，达到截渗的目的。该技术虽已在堤防加固中广泛应用，但由于施工中，容易出现夹缝；在粘土层、树根多的地方，截渗墙易出现粘土块、树根贯穿墙体的情况，截渗墙连续性得不到保证，易留下隐患。传统的钻孔、开挖、围井等有损方法对截渗墙连续性检测费时费力，局限性大，而探地雷达检测是一种无损探测方法且经济便捷。

2原理解释

根据电磁波理论，雷达发射和接收的电磁波的传播特性取决于介质的波阻抗η，而波阻抗η又主要与介质的相对介电常数ε成比例关系，即η=1/■。当相邻的两个介质ε存在差异时，也就是两介质的波阻抗η不同时，使电磁波入射到梁结构层面时产生反射形成被仪器接收的反射波，从而使关于该结构层的分界面被识别出来。这种波阻抗差异可用反射系数R表示如下：

也可以用功率反射系数Pr表示，即Pr=R2。介质的电性和差异可被反射系数直接反映出来。由上述表达式可知，一定深度范围内两相邻介质的相对介电常数ε差异越大反射波会越强，反射界面越容易被识别。

3实地运用

我们用探地雷达探测某剖面，天线工作频率50MHz，采集时窗为700ns，迭加64次，点测距离0.5 m 。因为混凝土相对介电常数ε通常为6.4，高频脉冲速度为0.12 m /ns，考虑场地因素，结合实际截渗墙体内高频脉冲速度应取0.10 m /ns。从图中能清楚地识别各种干扰影响并消除干扰因素，能客观地评价防渗墙墙体的质量。检测时，坝顶有架空电线，它影响雷达波形，以桩号215为中心表现为一个抛物线，在5～20米信号相当强，继续保持模糊30m左右仍可见；在波形215比较杂乱，抛物线呈不连续状态，分析认为是建筑排水孔受到影响的原因。在图右侧，能模糊看到一条普通线向左倾斜的图像，根据分析该波行由坝顶线杆所致。顶部图像约0～5m处，由于在壁和渗漏水体的冲击影响下，一些金属物体试雷达剖面出现不连续的部分。经以上分析，我们可以认为混凝土截渗墙连续性较好，没有明显的槽搭接及混凝土离析现象。下部图像超过30米的雷达没有显著变化，表明墙体和基岩接触良好，达到了所需要的深度。在插槽截渗墙浇筑施工期间，我们单独给插槽进行了测量。为了减轻地表条件的干扰，我们使天线垂直以测出截渗墙走向的雷达剖面。

如上左图所示，在一些杂波波形多数在截渗墙顶部，分析认为影响因素有两种：一是墙顶积水对电磁波信号干扰较大；二是截渗墙体内含部分钢筋，金属物质对信号干扰强烈。在桩号536.8有相对较强的反射信号，从一个深度约5米至30米处的振幅延伸一直坚挺，推测认为槽孔接头局部不密实是槽孔搭接缝的体现。桩号537.8处约10米的深度，出现波形异常区，有激烈雷达反射信号，附近墙体上应有一存在混凝土离析现象且不密实的局部区域。在20m左右深度的图像右侧区域能清晰地看到雷达信号的波形杂乱的强反射，分析可得粗骨料混凝土的集中反映。根据图中标有较为明显的存在上下差异曲线，推测截渗墙底部与基岩面接触。

4结论

探地雷达探测水库截渗墙是一种有效的方法，通过检测整个墙面， 可以更准确地找出存在隐患的墙段，为下一步打桩提供依据。在相比于传统检测技术，其能全方面的对截渗墙进行检测，接受天线接收信号，输入计算机保存并处理形成图像，最后用相应的数学原理公式计算并分析得出截渗墙的连续程度。运用该方法的主要优势：设备轻便，携带方便；无损探测技术；与其它地球物理探测方法相比，数据采集更快，精确度更高；图像更加直观。但在其使用过程中干扰因素的存在是不可避免的 ，正确的识别干扰 ，进而得到正确的分析结果 。对探地雷达仍在继续发展，探测不良地质状况时效果良好，但其精度不能达到百分之百，对图像的解读还需积累大量的实践经验。在相对于地震法的探测，探地雷达法没有地震法的深度大，但是对于堤坝截渗墙的探测是合适的。

基金项目：中国矿业大学2013年大学生创新训练计划项目（项目编号： X10290132）

参考文献

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