秦偉桃

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九三大隊，廣東 510800）

1 概述

隨著國家水利設(shè)施不斷的建設(shè)，對于沿江沿海地區(qū)生活的人們來說，河堤水閘的安全性問題，越來越關(guān)系到當?shù)貐^(qū)和人民的生命和財產(chǎn)的安全。對于保護人民安全的河堤水閘來說，由于長久的受到水流的沖刷，存在于河堤水閘基礎(chǔ)底部中的病害由于無法及時發(fā)現(xiàn)，所以很難得到及時地處理，直到發(fā)生破壞時（管涌或滲漏）才被發(fā)現(xiàn)，嚴重影響了其排洪防澇的功能，這需要我們及時的通過技術(shù)手段提前發(fā)現(xiàn)并排除潛在的風險隱患，本文結(jié)合工程實例，將地質(zhì)雷達方法應(yīng)用于河堤水閘安全鑒定中，查明是否存在因多年運行水力沖刷等原因造成的基礎(chǔ)地下空洞、土體松散區(qū)等隱患。

2 工作原理

地質(zhì)雷達作為工程物探檢測的一項新技術(shù)，具有連續(xù)、無損、高效和高精度等優(yōu)點［1］，通過地質(zhì)雷達天線發(fā)射器將頻率為數(shù)十兆赫至數(shù)千兆赫波段的電磁波，由地面發(fā)射至地下目標體，經(jīng)過目標體或不同地質(zhì)界面反射后返回接收，當遇到不均勻體(界面)時會反射部分電磁波，其反射系數(shù)由介質(zhì)的相對介電常數(shù)決定，通過對雷達主機所接收的反射信號進行處理和圖像解譯，達到識別隱蔽目標物的目的見圖1。

圖1 地質(zhì)雷達工作原理示意圖

地層介質(zhì)之間存在著一定的物性差異，當?shù)刭|(zhì)雷達發(fā)射電磁脈沖遇到不同介質(zhì)的層面時，便會產(chǎn)生反射，由接收天線接收反射信號，并由儀器記錄下各信號到達的時間及幅度，經(jīng)過時域垂直帶通濾波、直達波去除、背景去噪、線性增益、平滑增益、時域水平帶通濾波，即可得到地下各地層分布情況的地質(zhì)雷達時間剖面圖。

地質(zhì)雷達發(fā)射的高頻電磁波在地下介質(zhì)中傳播，根據(jù)地面反射與異常體或分界面反射的時間差Δt，即可計算出其埋藏深度Z［2］，即式（1）。

上式中，當現(xiàn)場采集的時間數(shù)據(jù)和水平位移數(shù)據(jù)滿足精度要求，對電磁波在地下介質(zhì)中的傳播速度的精確程度也嚴重影響著探測目標體埋藏深度的準確性。對于求取的方法主要有介電常數(shù)法、波速霍夫變換法和綜合法等方法［3］。

根據(jù)大量的實際測試結(jié)果統(tǒng)計分析，本文采用介質(zhì)的相對介電常數(shù)和波速見表1。

表1 介質(zhì)的介電常數(shù)和波速表

3 應(yīng)用實例

在佛山市順德區(qū)龍江鎮(zhèn)歌滘水閘范圍內(nèi)各基礎(chǔ)，因多年運行水力沖刷等原因造成的基礎(chǔ)地下土體松散區(qū)等塌陷隱患。本次地質(zhì)雷達探測采用意大利IDS公司fastwave 1ch雷達系統(tǒng)，其主要部件包括：平板電腦、IDS雷達主機、80MHz收發(fā)一體天線、測距輪傳輸電纜及GRESWIN2處理軟件。通過現(xiàn)場實測參數(shù)試驗，選取最優(yōu)工作參數(shù)?，F(xiàn)場設(shè)定的工作參數(shù)：選取的天線中心頻率為80MHz；設(shè)置的時間時窗為400ns；測線距離為2m；測點距離為0.2m；采樣速率為512次掃描/秒。測線布置根據(jù)異常點的類型、發(fā)育程度、空間位置采用“井字型”布置原則［4］，實測剖面見圖2-圖4。

圖2 地質(zhì)雷達剖面一

圖4 地質(zhì)雷達剖面三

本次佛山市順德區(qū)龍江鎮(zhèn)歌滘水閘安全鑒定中共探測出2個地質(zhì)雷達異常區(qū)YC01、YC02。

（1）地質(zhì)雷達YC01異常

地質(zhì)雷達時間剖面圖顯示分別在地質(zhì)雷達剖面一1m～10m、地質(zhì)雷達剖面二1m～10m、地質(zhì)雷達剖面三1m～10m岀現(xiàn)明顯的反射能量增強、同軸連續(xù)性較差地質(zhì)雷達異常，異常性質(zhì)推測為土體松散，深度3.5m～7.0m。

圖3 地質(zhì)雷達剖面二

（2）地質(zhì)雷達YC02異常

地質(zhì)雷達時間剖面圖顯示，分別地質(zhì)雷達剖面一22m～30m、地質(zhì)雷達剖面二23m～35m、地質(zhì)雷達剖面三23m～35m岀現(xiàn)明顯的反射能量增強、同軸連續(xù)性較差地質(zhì)雷達異常；異常性質(zhì)推測為土體松散，深度3m～8.5m。

4 結(jié)論

（1）在經(jīng)過多年長時間水流沖刷的河堤水閘，其基礎(chǔ)下部土體會存在出現(xiàn)土體松散、空洞等隱患，在運行過程中存在安全問題，通過采用地質(zhì)雷達無損檢測方法提前進行安全鑒定，能有效避免后續(xù)管涌、滲漏等災(zāi)害的發(fā)生。

（2）地質(zhì)雷達探測過程中需要注意幾個問題：水閘中是否有積水，有積水的情況下會對信號采集有衰減吸收作用；地質(zhì)雷達布置測量的起始點位置需要用RTK或全站儀定位，以保證異常位置的準確性，對測線方向的把控以及測量起始點的準確性對于處理解釋異常體的位置歸位十分重要［5］。

（3）經(jīng)過工程實踐證明,在河堤水閘安全鑒定中使用地質(zhì)雷達探測方法能清晰地識別出異常目標體，可取得較好的應(yīng)用效果。