地质雷达探测技术在水库堤坝灾害治理工作中的

　　关键词:雷达探测  堤坝  灾害治理  效果

　　论文摘要:详细介绍了乐化水库库坝过水箱涵的雷达探测过程与成果,说明了雷达探测在堤坝灾害防治系统工程中的可能性与有效性。

　　1　概况

　　乐化水库位于南昌市新建县内。库区为低山丘陵环抱,控制流域面积8·4km2。该大坝坝体所处地基为前震旦系双桥山群杂色条带绢云千枚板岩与粉砂质板岩,间杂喜山期辉长辉绿岩;南段坝肩及库区周围分布有大量的辉长辉绿岩孤石。坝体为重力式土坝,由就地取土,人工填筑而成,主要填料为第四系粉砂质粘土与残坡积物。由20世纪50年代修筑的坝基经多期次加高培宽而成现状(图1)。

　　50年代修造的泄水涵管因渗漏而废弃, 70年代对泄水涵管进行改造,就在原涵管的南侧以开挖方式重新建造了一个砖混结构的箱涵,箱涵截面为60×60cm2,顶板有钢筋。现因水库坝体严重渗漏,需进行注浆处理,如在注浆处理过程中不慎破坏箱涵,将会给库坝带来灾难性后果。该箱涵在堤面水平投影位置,现已无可靠资料。因此必须查明该泄水箱涵深度及其在坝面的平面投影位置,为正在进行的该水库坝体除险加固工程提供切实可靠的基础资料。在综合考虑坝体与、时间与效果等因素后,选用地质雷达对70年代末期经开挖坝体改建而成且目前正在使用的泄水涵管进行探测。

　　2　方法可行性分析

　　地质雷达是应用脉冲电磁波来探测隐蔽介质分布和目标物。当发射天线向被测物体发射高频宽频带短脉冲电磁波时,遇到不同介电特性的介质就会有部分电磁波能量被返回,反射波的路径-波形将随所通过的介质的电性质及几何形态而变化,根据反射波的旅行时间(亦即双程走时)、幅度、频率与波形变化资料,可以判读目标物的深度和位置。

　　当堤坝为均质土时,其内部无明显反射界面,雷达波向下辐射,就不再返回,记录上只能看到直达波,其后就不会存在界面反射波。当其内部存在非匀质体,如需查明的涵管或其它地质体如不均匀土体、弧石等,只要其具一定的规模并可形成一定能量的反射波,都将在记录上呈现异常。相对来说,箱涵对比一般不均匀地质体其外表面更加平整,且其顶板内有钢筋,将会形成较强的雷达反射波,具备了区别其它地质体的前提条件。

　　3　方法技术与现场工作布置

　　3·1　方法技术

　　采用美国生产的SIR-2型地质雷达进行探测。

　　(1)天线频率与移动方式:根据工作目标物的探测深度及有关地质情况,在盖层较浅段选用100MHz加强型天线以连续扫描方式工作,在盖层较深面则选用80MHz~20MHz低频天线组工作。点距50cm;线距依据场地条件及实测工作情况而定。

　　(2)增益设置:增益设置的原则是非目标体有一定强度的信号,目标体有足够强度信号。正式采集之前,先在测线上不同测几个点,以对整条测线的增益水平有一个大致的了解,采用人工分时段设置增益来保证目标体具较强信号且不致溢出。

　　(3)记录长度(时窗):一般根据目标体的大致深度与电磁波在土质介质中的经验速度所计算反射波的双程旅行时间的1·3~1·5倍来作为记录时窗长度,以保证目标体异常完整。

　　(4)在已知废弃老涵管的上方进行测量,根据老涵管的已知深度求出该坝体土质电磁波的平均速度为0·082m/ns,并以此速度作为该工区的电磁波在盖层中的速度来计算的目标体深度误差较小。

　　3·2　工作布置

　　实测剖面测线8条,其中4、6线为重复测量剖面,探测剖面总长度545m。水坝迎水坡因有护坡块石,造成天线发射阻抗不配匹,加之有栈桥干扰,因此只布置了一条测线,测线主要布置在背水坡与坝面,详细情况参见图1。

　　4　资料成果

　　图2为2线100MHz加强型天线以连续扫描方式所测雷达图像,人工分5时段设置增益,记录长度280ns,该记录清晰反映了箱涵的顶部位置。在“0”m标线上的第一组波为直达波; 2·5m左右有一组幅值相对较大的波组,推断为不同填料界面反射波;在深度约4·8m附近,有一弧形异常波组存在,为涵管顶面反射波。另在1、3线均有相似异常出现。因此根据该目标弧形波组顶部在测线上出现的桩号位置可较准确地确定箱涵在地表的投影位置与埋藏深度,据此在实地采用木桩标志。

　　图3为坝面采用40MHz非屏蔽低频天线所测图像。因箱涵较深,为保证电磁波反射信号强度,只能采用点测,点距50cm,测量所选参数:每测点垂向叠加256次以消除偶然干扰,时窗400ns,样点数512个/sc, 7时段人工选择增益。该记录总体来说,波形平稳,在图像中部约有2~3m范围波形异常区,推断为后期改建新涵管开挖坝体所致,不同时期所填筑的不完全一样,自然压密的时间也不一样,后期开挖的断面填料相对原坝体填料较杂、均匀性稍差、密实度也稍低,会形成开挖断面与两侧雷达波形异常。纵向来看,大约在11m,雷达波异常基本消失,认为涵管顶面深度在10·5~11m。据此,实地用木桩标志涵管在坝面的水平投影位置。

　　根据雷达测线测量资料,结合乐化水库站提供的涵管施工记录综合分析,认为后期改建的泄水涵管布设如图1所示,总长度为76m,在坝体背水坡一侧。新涵管自闸门向南西方向布设,长约12m,而后转为南西西方向,近似与老涵管平行布设,在戗道下方,距老涵管约10·5m,坝顶面距19号孔约11·9m,距11号孔约0·85m。迎水坡因块石护坡,造成天线耦合效果较差,加之栈桥干扰,探测资料质量相对背水坡一侧较差,根据当时施工记录结合已测资料分析,库区一侧(迎水坡)新涵管转折处距老涵管约14·5m。

　　5　结论

　　(1)查清了目前正在使用的泄水箱涵的空间位置,为该库坝的除险加固工程提供了可靠的基础资料,保障了工程的顺利进行。

　　(2)对库坝进行雷达探测,对不同期次的填料及其边界有较为明显反映,据此可进一步了解坝体构筑物的密实程度,从而对有可能形成渗漏通道的区段提出警示,防患于未然。

　　(3)在堤坝灾害防治系统工程中,进行雷达探测,可以反映堤坝病害的相关信息,为灾害防治工程决策形成、方案制定提供可靠的基础资料,从而赢得质量、时间与效益。