地質(zhì)雷達(dá)在水壩地質(zhì)檢測中的應(yīng)用
摘要：地質(zhì)雷達(dá)是一種快速、便捷的無損傷探測技術(shù)，它對水庫壩體不良地質(zhì)條件有較好的探測結(jié)果。本文以某水庫壩體檢測為例，闡述了地質(zhì)雷達(dá)在巖土地質(zhì)過程中的成功應(yīng)用，為地質(zhì)雷達(dá)在壩體檢測中積累經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)，水壩，地質(zhì)檢測
在我國東南沿海山區(qū)，分布著許多大大小小的水庫。這些水庫大部分是上世紀(jì)七十年代和八十年代、有些甚至是大躍進(jìn)年代修建的。經(jīng)過幾十年的使用運(yùn)行后，這些堆土壩或土石混合壩水庫，多多少少存在一些安全隱患，很有必要進(jìn)行壩體質(zhì)量檢測評價(jià)，檢測評價(jià)需要了解壩體是否有粘土心墻及其分布情況、壩體各土層的分布、壩基下巖土層中的裂隙、缺陷等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育情況和壩體是否存在裂隙、松軟土等不良地質(zhì)現(xiàn)象，為及時(shí)作出安全預(yù)報(bào)和加固壩體設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的參數(shù)。
地質(zhì)雷達(dá)是一種快速、便捷不破壞壩體下的無損傷探測技術(shù)，它對壩體不良地質(zhì)條件有較好的探測結(jié)果。
1地質(zhì)雷達(dá)探測的基本原理
福建東辰綜合勘查院從瑞典引進(jìn)了一套具有國際先進(jìn)水平的地質(zhì)雷達(dá)，該設(shè)備可在無破損的條件下準(zhǔn)確探測地下40米以上的斷層、溶巖、滑動面等地質(zhì)情況。這種地質(zhì)雷達(dá)由于使用了高頻寬頻帶短脈沖及高速采樣技術(shù)，其勘探分辨率高于其它物探手段，探地雷達(dá)利用高頻電磁波（主頻為數(shù)十兆赫至數(shù)百兆赫以至千兆赫）以寬頻帶短脈沖形式，由發(fā)射天線T發(fā)出，通過地面進(jìn)入地下，經(jīng)地下地層或目標(biāo)體反射后返回地面，為接收天線R所接收（見圖1）。脈沖波行程需時(shí)：，當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速v為已知時(shí)，可根據(jù)測得的時(shí)間t值（ns），由上式求出反射體的深度（m），式中X(m)值在剖面探測中是固定的；V值（m/ns）可以用寬角方式直接測量，也可以根據(jù)近似計(jì)算出。
圖上對照一個(gè)簡單的地質(zhì)模型，畫出了波形的記錄，在波形記錄圖上各測點(diǎn)均以測線的鉛垂方向記錄波形，構(gòu)成雷達(dá)剖面（GPR剖面），經(jīng)過資料的后處理就可得到地下不同介質(zhì)的分布情況及介電常數(shù)變化面的位置等參數(shù)并結(jié)合對反射電磁波的頻率和振幅等進(jìn)行處理和分析，便可求得目標(biāo)體的位置、深度和幾何形態(tài)。
2地質(zhì)雷達(dá)探測應(yīng)用實(shí)例
東辰綜合勘察院利用地質(zhì)雷達(dá)對福州市羅源開發(fā)區(qū)南榜水庫東巖調(diào)節(jié)庫壩體進(jìn)行了安全檢測，現(xiàn)場采用瑞典MALA地質(zhì)雷達(dá)（RAMAC/GPR）進(jìn)行探測，主機(jī)為CUⅡ，采用的主要技術(shù)參數(shù)為：1）50MHz非屏蔽天線，天線間距0.3m。2）100MHz屏蔽天線；天線間距0.05m。記錄時(shí)間、疊加次數(shù)和采樣率根據(jù)實(shí)際情況做適當(dāng)調(diào)整。根據(jù)實(shí)際情況，采用點(diǎn)測和連續(xù)掃描兩種方式進(jìn)行探測。
2.1含水裂隙的地質(zhì)雷達(dá)圖像
圖3是一裂隙的探測圖像，在壩體的右肩巖石出露處探測得到。下圖為連續(xù)探測得到的圖像。從圖像中可以看出，出現(xiàn)了圓弧形的反射波界面，反射界面明顯，反射面附近波幅顯著增強(qiáng)，點(diǎn)測和連續(xù)探測結(jié)果基本一致。后到壩后查找證實(shí)，壩體右肩有1條與壩體中心線近似垂直的壓性節(jié)理面，檢測結(jié)果與實(shí)際情況吻合�！ �
圖3壩體下方為含水裂隙的雷達(dá)圖像
2.2壩體土層地質(zhì)雷達(dá)圖像
地質(zhì)雷達(dá)對壩體內(nèi)土層有較好的探測效果，如圖4所示。從圖像可以看出，壩體上部是灰綠色的含角礫填土，中部為厚薄不均勻的黃褐色的素粘土，
圖4壩體及其下方不同地層的雷達(dá)圖像
2.3壩體基底的地質(zhì)雷達(dá)圖像
經(jīng)本次地質(zhì)雷達(dá)探測表明壩基底部是呈中風(fēng)化巖石，局部為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化的基巖，經(jīng)鉆探證實(shí)，厚度與深度基本吻合。
圖5壩體基底地層的雷達(dá)圖像
3結(jié)語
通過地質(zhì)雷達(dá)的檢測，準(zhǔn)確反映了這個(gè)水庫壩體的安全狀況，為水庫的安全管理提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。通過這次采用地質(zhì)雷達(dá)對壩體進(jìn)行檢測和地質(zhì)預(yù)測，總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)。
�。�1）采用地質(zhì)雷達(dá)探測水庫壩體，檢測地質(zhì)狀況是一種快速便捷、對壩體影響小的探測方法。
�。�2）在實(shí)施探測的同時(shí)，可對采集到的雷達(dá)波形進(jìn)行粗略判斷，如發(fā)現(xiàn)異常狀況，應(yīng)反復(fù)探測并采用不同的探測方式（點(diǎn)測和連續(xù)探測），從而確保探測的準(zhǔn)確性。
�。�3）采用100MHz天線可對壩體下方10m范圍內(nèi)的地質(zhì)狀況做出較好的判斷，不同的不良地質(zhì)狀況，可能有相似的雷達(dá)圖像，因此，結(jié)合壩體地質(zhì)觀察，可以提高判斷的準(zhǔn)確性。由于實(shí)際壩體修筑中，填料相差不大，這些都在本次地質(zhì)雷達(dá)的探測中有較為明顯的表現(xiàn)，同時(shí)對探測的結(jié)果有較直觀。
�。�4）探測過程中經(jīng)常會有干擾因素存在，如空中電線、行駛中的車輛，因此，如何正確識別干擾，從而得到正確的分析結(jié)果至關(guān)重要。
�。�5）地質(zhì)雷達(dá)是一種正在不斷發(fā)展的無損探測技術(shù)，對不良地質(zhì)狀況的探測效果良好，與少量的鉆探驗(yàn)證工作結(jié)合可對雷達(dá)圖像異常情況的解釋判斷。
參考文獻(xiàn)
[1]夏才初，潘國榮.土木工程監(jiān)測技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2001,245-280
[2]高才坤，郭世明.采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行掌子面前方地質(zhì)情況預(yù)報(bào)[J].地質(zhì)與勘測,2000,3:11-13
[3]福建東辰綜合勘察院.地質(zhì)雷達(dá)壩基檢測報(bào)告2007,10
