張 超

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

0 引言

某大壩為均質(zhì)土壩，壩頂?shù)缆芳氨乘碌缆窞榛炷翝仓?，下部為均質(zhì)土體。由于長(zhǎng)年運(yùn)行與使用，受到各種外界和內(nèi)在因素的影響，大壩右側(cè)壩頂出現(xiàn)不同程度的縱向裂縫，縫寬1～2 cm，深度和范圍無(wú)法精確判斷。經(jīng)勘察人員初步分析，產(chǎn)生裂縫的原因?yàn)椋阂皇钱?dāng)時(shí)施工技術(shù)有限，壩體局部不密實(shí)，導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫；二是大壩右側(cè)與巖體接觸處邊坡較陡，兩者在接坡處產(chǎn)生沉降差，導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫；三是壩體土可能具有濕陷性，在庫(kù)水浸水下造成其沉降，導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫?，F(xiàn)實(shí)中壩體裂縫未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，導(dǎo)致堤壩發(fā)生重大事故的情況很多，因此加強(qiáng)土壩的日常檢查和養(yǎng)護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理土壩裂縫，是一項(xiàng)非常重要的工作[1]。為了消除大壩的這種縱向裂縫隱患，水庫(kù)管理局欲對(duì)該處壩體進(jìn)行施工處理。壩體裂縫的規(guī)模及影響范圍應(yīng)用普通的勘察方法無(wú)法精確判斷，故采用地質(zhì)雷達(dá)方法分析壩體裂縫。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)屬于工程勘察物探方面一種新型檢測(cè)儀器和技術(shù)方法，這種方法可用于土建隱患的探測(cè)，通過(guò)掌握不同隱患類型在雷達(dá)圖像上的反映特征，提高異常的判斷能力和精度，較準(zhǔn)確地推斷出工程隱患的性質(zhì)和位置，以便指導(dǎo)工程施工和管理[2]。

1 應(yīng)用前提

應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)法探測(cè)的物理前提是被探測(cè)目標(biāo)體介質(zhì)存在電性差異，特別是介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)要有明顯的差別，相對(duì)介電常數(shù)差異越大，則其反射系數(shù)越大，呈現(xiàn)出的圖像異常越明顯。對(duì)本文應(yīng)用的壩頂和壩坡道路而言，主要涉及到的物性參數(shù)：水的相對(duì)介電常數(shù)為81、空氣的相對(duì)介電常數(shù)為1，壩頂和壩坡道路路面混凝土相對(duì)介電常數(shù)為7，黏土層相對(duì)介電常數(shù)為20、基層相對(duì)介電常數(shù)為10～16。以上幾種介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)差異較大，為探地雷達(dá)檢測(cè)提供了較好的地球物理前提[3]。

2 地質(zhì)雷達(dá)方法原理

地質(zhì)雷達(dá)法也稱探地雷達(dá)法，是利用超高頻的短脈沖電磁波探測(cè)地下介質(zhì)分布的一種非破壞性的探測(cè)技術(shù)，可以對(duì)地下結(jié)構(gòu)物內(nèi)部不可見(jiàn)的目標(biāo)體或地質(zhì)界面進(jìn)行定位或判別。首先高頻電磁波以寬頻帶短脈沖形式通過(guò)發(fā)射天線發(fā)出，在傳播路徑上碰到非均勻性的介質(zhì)面或異常體時(shí)，產(chǎn)生反射信號(hào)傳回地面，再由接收天線接收，再經(jīng)過(guò)接收機(jī)整理和放大處理后，傳輸?shù)街鳈C(jī)。并以實(shí)時(shí)成像方式顯示地下結(jié)構(gòu)剖面，探測(cè)結(jié)果一目了然，分析、判釋直觀方便[4]。地質(zhì)雷達(dá)原理示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)原理示意圖

3 地質(zhì)雷達(dá)法資料分析

若地質(zhì)雷達(dá)剖面圖像同層連續(xù)，無(wú)明顯的錯(cuò)斷及畸變等弧形反射變化，表示基本正常。壩頂和壩坡道路下裂縫若存在空洞或含水，一般在成果圖中呈現(xiàn)出比較強(qiáng)的能量反射特征。強(qiáng)能量同相反射軸應(yīng)該重點(diǎn)分析，結(jié)合調(diào)查確定裂縫。

LD-I測(cè)線位于壩底1號(hào)馬道上，見(jiàn)圖2。地表為水泥磚鋪設(shè)，屬于半柔性路面，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查未發(fā)現(xiàn)裂縫。依據(jù)地質(zhì)雷達(dá)法物探成果分析，本測(cè)線范圍內(nèi)沒(méi)有裂縫。

圖2 LD-I測(cè)線地質(zhì)雷達(dá)法物探成果

LD-II測(cè)線位于壩體2號(hào)馬道上，地表為混凝土硬化路面，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)地表裂縫較多。依據(jù)地質(zhì)雷達(dá)法物探成果分析，本測(cè)線裂縫較多，裂縫深度多在2～3 m之間，具體裂縫位置見(jiàn)圖3。

圖3 LD-II測(cè)線地質(zhì)雷達(dá)法物探成果斷面

LD-III測(cè)線位于壩體3號(hào)馬道上，地表為水泥磚覆蓋，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)地表裂縫較少。依據(jù)地質(zhì)雷達(dá)法物探成果分析，本測(cè)線裂縫較少，裂縫深度度在2～3 m之間，具體裂縫位置見(jiàn)圖4。

圖4 LD-III測(cè)線地質(zhì)雷達(dá)法物探成果斷面

LD-IV測(cè)線位于壩頂，地表為混凝土硬化路面，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)地表裂縫多沿壩軸線發(fā)育，垂直于壩軸線方向的裂縫較少，垂直于壩軸線方向的裂縫發(fā)育深度不一，平均在2～3.5 m之間，具體裂縫位置見(jiàn)圖5。

圖5 LD-IV測(cè)線地質(zhì)雷達(dá)法物探成果斷面圖

LD-V測(cè)線位于壩體左側(cè)山體水泥路上，地表為混凝土硬化路面。調(diào)查發(fā)現(xiàn)地表裂縫較少。依據(jù)地質(zhì)雷達(dá)法物探成果分析，存在一處隱伏裂縫，發(fā)育深度約為1～3 m，具體位置見(jiàn)圖6。

圖6 LD-V測(cè)線地質(zhì)雷達(dá)法物探成果圖

LD-VI～LD-X測(cè)線，這5條測(cè)線位于壩頂，垂直于壩軸線方向布設(shè)，與LD-IV測(cè)線分別交于385 m、420 m、475 m、500 m、540 m，其中 LD-VI～LD-VIII測(cè)線采用400 MHz主頻天線探測(cè)，LD-IX、LD-X測(cè)線采用100 MHz主頻天線探測(cè)。依據(jù)地質(zhì)雷達(dá)法物探成果分析，壩頂沿壩軸線方向裂縫發(fā)育深度一般為1～4 m，由淺部到深部逐漸減小，淺部可見(jiàn)粘結(jié)處理痕跡。具體裂縫位置及發(fā)育深度見(jiàn)附圖7。

圖7 LD-VI～LD-X測(cè)線地質(zhì)雷達(dá)法物探成果圖

4 結(jié)論

由以上的資料分析可以看出，壩頂裂縫沿壩軸線較發(fā)育，但深度有限，一般在1～4 m之間，未對(duì)壩體深部產(chǎn)生影響，推斷為壩體局部疏松變形引起。1號(hào)馬道地表為水泥磚鋪設(shè)，本次物探未發(fā)現(xiàn)裂縫。2號(hào)馬道地表為混凝土硬化路面，表面裂隙較多，裂縫深度多在2～3 m之間。3號(hào)馬道地表為水泥磚覆蓋，地表裂縫較少，裂縫深度度在2～3 m之間。同時(shí)可以清晰的看出裂縫的寬度和深度范圍，從而方便對(duì)壩頂進(jìn)行局部加固處理，防止裂縫繼續(xù)擴(kuò)大。通過(guò)該實(shí)例可看出地質(zhì)雷達(dá)在壩體裂縫探測(cè)中效果較好，分辨率高，便于操作，對(duì)于堤壩的安全性檢測(cè)和施工有很好的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］曹恒亮，楊 瀟，陸曉春.地質(zhì)雷達(dá)在堤壩隱患（裂縫）探測(cè)中的應(yīng)用［J］.水利建設(shè)與管理，2017（3）：74-77.

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