地质雷达法在塑性混凝土墙质量检测中的应用.pdf

山 西 水利 富 鲁 技术与应用 2 0 1 0年第 l 0 期 地质雷达法在塑性混凝土墙质量检测中的应用 赵志红 ( 吕梁 市水利勘测设计研 究院 ， 山西 吕梁市0 3 3 0 0 0 ) 摘要 介绍了横泉水库基本情况， 针对水库大坝及防渗墙存在的问题， 提出采用地质雷达法对其进行检测。 分析了地质雷达法的基本原理及检测过程， 通过分析其检测成果可知， 横泉水库坝基塑性混凝土防渗墙体结 构未见明显异常， 但由于其防渗墙埋深较大， 建议加强现场巡视检查， 并结合监测数据合理判断其质量和防 渗效果。 关键词 防渗墙 ； 混凝土； 质量检测； 地质雷达法； 横泉水库 中图分类号 T V 6 9 8 1 5 【 文献标识码 c 文章编号 1 0 0 4 7 0 4 2 ( 2 0 1 0 ) 1 0 0 043 0 2 1 问题的提出 横泉水库位于 吕梁市方山县境 内， 是一座以城市 及工业供水、 农业灌溉为主， 兼顾防洪、 发电等综合利 用的中型水利枢纽工程 。水库控制流域面积 8 0 0 k m 2 ， 总库容 8 1 2 3万 m， 。设计洪水标准 1 0 0年一遇 ， 校核 洪水标准 1 0 0 0年一遇。 水库枢纽工程包括大坝 、 泄洪 洞和供水洞。大坝坝基为砂卵石基础 ， 其下为强风化 基岩。根据坝基地质条件并通过方案 比选 ， 对横泉水 库坝基采取了塑性混凝土防渗墙结合帷幕灌浆的综 合防渗措施， 其中旧坝体、 左岸黄土台地和砂砾石层 地基采用塑性混凝土防渗墙 ， 右坝肩及砂砾石层 以下 的强风化基岩采用帷幕灌浆 。塑性混凝土 防渗墙宽 0 8 m， 高 l O 6 0 m， 长 1 0 0 6 8 m， 成墙面积 3 9万 m 2 。 墙体 向下伸人强风化基岩 5 m， 向上伸入新坝体 4 m。 大坝坝型为碾压均质土坝 ， 最大坝高 3 6 7 m， 坝顶长 9 6 2 0m。 塑性混凝土 防渗墙是用黏土和膨润土取代普通 混凝土中大部分水泥而形成的一种柔性墙体 ， 其特点 是弹性模量较低 、 适应地基变形能力强 ， 但 由于塑性 混凝土强度低， 按照 水利水电工程混凝土防渗墙施 工技术规范 ，对墙体均匀性和可能存在的缺陷检查 时， 不宜采用钻孔取芯法 。为此 ， 本工程采用地质雷达 法对塑性混凝土防渗墙的成墙质量进行无损检测。 2 地质雷达法原理 地质雷达技术作为一种确定地下介质分布的光 谱电磁技术， 其基于地下介质的电性差异 ， 通过向地 层发射高频电磁波，并接收地层介质反射的电磁波， 经过处理 、 分析 、 解释 ， 实现对 目标体平面分布情况的 了解 ， 探测结构异常场 ， 对坝基础软弱地质区、 渗漏区 及是否存在裂缝等进行检测 。 地质雷达探测是利用超高频短脉冲电磁波在结 构介质中的传播规律来确定其介质分布的一种方法。 由于不 同介质具有不同的电性特征 ， 不同电性介质的 界面主要由电导率的不同而形成 电性界面 ， 当电磁波 在介质中传播时遇到电性界面会发生反射 ， 电性差异 越大 ， 反射就越强烈。地质雷达通过天线接收经地下 界面反射折向地表的反射波时间序列， 根据反射波的 旅行时间、 幅度与波形资料就可以推断介质的结构与 分布。当坝基 防渗墙中存在裂缝等隐患时 ， 墙体与隐 患之间存在电性界面 ， 有时甚至形成墙体空气 自 由界面。在这种情况下 ， 由于墙体和空气 的电性差异 较大 ， 就形成 了良好的反射界面 ， 故可以用地质雷达 来检测坝基防渗墙体质量 。 3 地质雷达法检测过程 3 1 检测仪 器 本次测试采用的仪器为美 国地球物理勘探公司 的 S I R 2 0 0 0型雷达主机， 实测采用剖面法。 3 2 测线布 置与检 测 方法 本次测试工作范围为 0 0 7 0 0 0 0 + 9 3 6 8 0桩号间 的坝基塑性混凝土防渗墙 。沿坝体迎水坡表面 ， 在防 渗墙顶对应位置布置一个纵剖面， 并全线实施地质雷 达探测 。 点距布置 0 3 m， 剖面长约 1 0 0 6 8 0 m， 探测坐 标点共 3 3 5 6个。 检测时采用多次覆盖法 ， 测量参数主 要包括天线中心频率、 时窗、 采样率、 测点间距及发射 垫 生 旦圆 与接收天线间距等。 3 3 资料整理与图像解释 地质雷达信息处理和分析主要包括数据处理和 图像解释。 数据处理主要有滤波及时频变换处理 、 自动时变 增益或控制增益处理 、 多次重复测量平均处理 、 速度 分析及雷达合成处理等。主要是压制干扰波， 以突出 有效波 ， 增强深部 目标体 的雷达图像 ， 反映 目标介质 的真实位置与大小等。 图像解释首先是识别 目标体 的地质雷达图像特 征， 然后进行探测资料的解释。识别 目 标体的地质雷 达特征，一方面有赖于地质雷达图像的正演成果， 另 一 方面则有赖于实际工作的经验积累。 具体做法是： 首先在数据处理的基础上， 获取地 质雷达图像剖面 ，再根据反射波组 的波形与强度特 征 ，通过同相轴的追踪确定反射波组的地质含义 ， 构 筑地质一地球物理解释剖面 ， 最后依据剖面解释获得 整个测区的成果图。 4 成果分析 地质雷达主要依据 电磁波在介质中传播时 ， 其路 径 、 电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几 何形态而变化 ， 根据接收到 的电磁波旅行时间、 幅度 与波形资料， 推断介质的结构特征。本次检测的目标 是坝体基础部位的塑性混凝土防渗墙。 图 1 、图 2是地质雷达探测的浅部墙顶 以上坝体 土料和深部防渗墙体信号振幅曲线图， 该图表明探测 剖面整体浅部振幅信号弱于深部振幅信号 ， 说明浅部 与深部介质电性质的差异性 。 J， u 一 l ， 一一一一 = 图 1 地质 雷达探测的墙顶 以上坝体 土料振幅 曲线 图 图 2 地质雷达探测 的防渗墙体振幅 曲线图 由于防渗墙埋深大 ，且上覆碾压均质坝体土料 ， 地段浅部回波信号弱， 基本无明显反射波形 ， 说明坝 基上部的碾压均质土坝坝体密实程度及均一性较好， 但土颗粒间具有一定 的孔隙率 ， 相比混凝土 ， 对地质 雷达天线所发射的电磁波具有一定 的吸收作用 ， 整体 无 明显的介 电常数差异 ；而防渗墙 中由于介质的差 异 ， 造成反射波呈短波幅、 细密状分布 ， 从探测剖面图 上可明显看到这种区别 。 从地质雷达探测到的防渗墙段可以看出， 反射波 幅明显增大， 但波形基本呈规则状， 且同相轴连续。 防 渗墙处介质相对其上部坝体均质碾压土来说 ， 由于加 入 了混凝土、 黏土和膨润土 ， 致使介质介电常数变小 ， 雷达波速增大 ， 该介质具有一定的固结程度 ， 孔隙率 较上部的均质土小 ， 但介质成分 的均一性差 ， 加之防 渗墙体身处砂砾石层或风化基岩层 中， 造成反射波幅 加大。此时防渗墙体中如出现隐患， 则地质雷达波形 必然出现异常状 ， 表现在波幅 、 波长突变 ， 同相轴不连 续且呈错断状 ，如局部出现空洞或孔 隙率突然变大 时 ， 有可能出现双曲线反射波形 。但在探测剖面上并 未见到这些异样波形现象出现 ， 仅存在由于施工工艺 所造成的局部反射信号加强。由此可以推断， 横泉水 库坝基塑性混凝土防渗墙结构未见明显隐患异常。 5 结 语 由于横泉水库坝基 塑性混凝土防渗墙埋深较大 ( 最大深度达 6 0 m) ， 墙体厚度仅 0 8 m， 故本次探测防 渗墙体质量的难度相对较大。同时， 由于各种物探方 法的应用都有其局限性， 即便是通过系统比较分析而 择优选取的地质雷达方法， 其在对防渗墙体真实质量 状况的解释方面也未能真正做到全面透彻。为此 ， 建 议在初次蓄水期间及蓄水运行后 的初期阶段 ， 加强对 水库大坝的现场巡视检查 ， 同时加强对坝体和坝基的 渗流监测与变形监测 ，并结合监测数据及时进行分 析 ， 以综合判断坝基塑性混凝土防渗墙的施工质量和 整体防渗效果。 作者简介 赵志红( 1 9 7 2 一) ， 女， 1 9 9 6年毕业于河海大学 工程 测量 专业 ， 工程师。 收稿 日期 2 0 1 0 0 8 2 6 ； 修 回日期 2 0 1 0 0 9 2 9