水闸底板渗流隐患的探地雷达检测

徐云乾,杨文滨,袁明道,张旭辉,刘金涛,刘建文

(广东省水利水电科学研究院 广东省山洪灾害防治工程技术研究中心，广州 510635)

水闸底板渗流隐患的探地雷达检测

徐云乾,杨文滨,袁明道,张旭辉,刘金涛,刘建文

(广东省水利水电科学研究院 广东省山洪灾害防治工程技术研究中心，广州 510635)

介绍了探地雷达的工作原理，应用探地雷达技术检测佛山市沙口水利枢纽引水闸底板的渗流隐患，分析研究了渗流隐患区域的探地雷达图像特征和隐患的定性识别方法。检测结果表明，该技术可有效地检测水闸底板的渗流隐患。

探地雷达；水闸底板；渗流隐患

探地雷达是用高频无线电波来确定介质内部结构分布规律的一种探测方法，具有高效、无损和结果直观的特点。探地雷达的探测系统包括发射天线和接收天线，以及控制收发和数据存储的控制系统。探地雷达采用的高频电磁波频率范围一般为1 MHz10 GHz，不同的天线具有不同的频率范围，也控制着探测目标的探测深度和分辨率。探地雷达采用较低频率和较窄带宽电磁波进行探测，获得的探测深度较大，分辨率较低；采用较高频率和带宽频率范围的电磁波进行探测，虽然探测深度浅，但能获得相对较高的分辨率[1]。

探地雷达技术在20世纪90年代后逐渐成熟起来[2]，我国水利工程领域引进探地雷达进行隐患探测的时间较早，开始是应用在土石坝的渗漏探测中，后来逐步应用于土石坝的水下隐患探测中。徐兴新等[3]在2002年应用探地雷达对闸坝水下工程中的混凝土板塌陷、破损、基础淘空以及冲刷坑等隐患进行探测，但没有针对渗流隐患做相关探测研究。2011年，尚向阳等[4]利用探地雷达对黄河枣树沟进行了水下探测，获得了水下抛石及河道的相关雷达数据。2014年安铎等[5]对无水状态下水闸底板脱空做了物理模型试验研究，但是没有对长期处于水下的水闸底板脱空部位做雷达探测。自2002年以来，戴呈祥、王士恩[6-8]较为全面地利用探地雷达技术探测了水闸闸基等水下结构的冲刷剥蚀程度，淘空区的位置、范围、发育程度及规模。

笔者结合雷达探测结果和工程实际的隐患表象，在以上研究成果的基础上，开展了进一步的实践研究，总结出探地雷达闸底板渗流隐患的图像特性和隐患的定性识别方法。

1 工程概况

佛山市沙口水利枢纽位于北江潭洲水道(东平河)北岸的汾江河入口处，工程包括：分洪闸、引水闸、船闸、引水泵站各1座；防汛抢险潜水训练基地、佛山市防汛物资中心仓库和约1 km长的佛山大堤。该工程是目前佛山大堤上最大的水利枢纽，属于中型水闸工程。

分洪闸有4孔，单宽净宽10.5 m，总净宽42 m，设弧形钢闸门，控制最大下泄量为300 m3·s-1，为中型水闸；消力池宽49 m，长9.4 m。

引水闸建于1981年，1982年建成投入使用，位于分洪闸后侧，主要起引水、二级蓄水防洪、截污等作用。引水闸共8个孔，单孔净宽5 m，总净宽40 m，闸底板高程-2 m，设4扇平板钢闸门。

探地雷达检测对象为水利枢纽分洪闸与引水闸之间的底板。

2 探测方法

采用加拿大探头与软件公司生产的pulse EKKO PRO专业型探地雷达，使用发射频率为250 MHz的屏蔽天线。

采用橡皮筏沿测线匀速前进，以闸墙分缝为关键点(F1Fn)进行标记的方式采集测点数据。

水闸雷达测试测线布置如图1所示，在引水闸和分洪闸之间共布置了6条测线，沿水流方向3条，平行于闸轴线方向3条，测线布置方法见表1。

图1 水闸雷达测试测线布置示意

测线编号位置测试方向line14正对4#闸室垂直于闸轴线line15正对2#,3#闸墩垂直于闸轴线line16正对1#闸室垂直于闸轴线line17护坦内平行于闸轴线line18护坦内平行于闸轴线line19消力池内平行于闸轴线

3 探测结果

测线line 14：① 消力池底板处雷达波回波均匀，同相轴连续，底板质量均一；② 大部分闸底板和护坦的雷达波回波均匀，同相轴连续，底板质量均一；③ 护坦靠近引水闸处底板(约60 m,水平桩号距离，下同)底部回波振幅强烈，同相轴中断，可能已经出现一个渗漏通道；④ 该处区域(7090 m)内反射同相轴错位约10 ns，雷达波在淡水中的传播速度为0.033 m·ns-1，经计算，可知底板已经发生了最大16.5 cm的沉降；⑤ 靠近引水闸护坦(3080 m)基础底部的淤泥层分布较厚。

测线line 16：① 消力池底板处雷达波回波较强，同相轴连续，底板质量均一；② 大部分闸底板和护坦雷达波回波较强，同相轴连续，底板质量均一；③ 闸室底板(-100 m)同相轴中断，雷达波异常部位多次波来回多次反射，为振幅异常较强部位，闸室底板基础(砂土或淤泥)可能相对密实度较差；④ 该处区域内(7090 m)反射同相轴错位约10 ns，根据雷达波在淡水中的传播速度计算，可知底板已经发生了最大16.5 cm的沉降；⑤ 靠近引水闸护坦(5170 m)基础底部的淤泥层分布较厚。

测线line 15：① 消力池底板处雷达波回波较强，同相轴连续，底板质量均一；② 由于水流波动引起的雷达波回波紊乱，水面平静后雷达波恢复正常，此处(7890 m)为外界因素引起的雷达波异常区；③ 靠近引水闸护坦(1058 m)基础底部的淤泥层分布较厚；④ 该处区域(020 m)内反射同相轴错位约10 ns，根据雷达波在淡水中的传播速度计算，可知底板已经发生了最大16.5 cm的沉降。

测线line 14line 16的雷达图像如图2所示。为了验证雷达测试结果，2016年12月13日，检测人员对雷达测试区域进行了检查，当天内江水位约0.3 m，闸底板高程为-2 m，底板以上水深约0.3 m，因此上下游水头差约为2 m。检查发现引水闸前底板第三跨分缝处共有4处冒沙点，出沙量较大，第一跨底板属重度沉陷区，经现场检测人员测量，最大沉陷量约16 cm。

引水闸闸前30 m处管涌冒沙，闸前20 m范围内底板下陷，现场检查引水闸闸前底板冒沙沉陷分布(见图3)，结果说明闸室底部存在上下游连通的渗流通道，引水闸渗流安全存在严重缺陷，防渗设施不满足规范要求，印证了雷达的测试结果。

图2 测线line 14line 16雷达图像

图3 现场检查引水闸闸前底板冒沙沉陷分布示意

4 结语

(1) 利用探地雷达对水闸底板渗流隐患进行探测是可行的，不同频率的雷达对探测区域的水深也有不同要求，目前适用于水闸底板渗流隐患的最合理的探地雷达探测频率是250 MHz左右。

(2) 将渗流隐患探测的探地雷达图像和实际情况进行相互印证，提供了闸底板渗流隐患的雷达图像检测方法。

[1] 纪丽静,施养杭. 探地雷达在工程检测中的应用与发展[J]. 无损检测,2010,32(3):201-204.

[2] 李想堂,王端宜,张肖宁. 探地雷达技术的回顾与展望[J]. 无损检测,2006,28(9):479-484.

[3] 徐兴新,吴晋,沈锦音. 探地雷达检测闸坝水下工程隐患[J]. 水利水运工程学报,2002(1):67-72.

[4] 尚向阳,张汝印,苏茂荣,等. 探地雷达在黄河枣树沟水下探测中的应用[J]. 人民黄河,2011(3):10-12.

[5] 安铎, 陆新宇, 李经纬. 基于探地雷达技术的水闸脱空检测方法研究[J]. 人民长江, 2014(s2):202-205.

[6] 戴呈祥. 江河水闸隐患探测技术[J]. 广东水利水电, 2002(1):13-15.

[7] 戴呈祥, 王士恩. 水闸闸基隐患探测雷达图像特征分析[J]. 地球物理学进展, 2003, 18(3):429-433.

[8] 戴呈祥, 王士恩. 水闸闸基隐患类型特征分析[J]. 工程地球物理学报, 2004, 1(4):353-357.

TheDetectionofSeepageHazardinSluiceGateBottomPlateUsingGPR

XU Yunqian, YANG Wenbin, YUAN Mingdao, ZHANG Xuhui, LIU Jintao, LIU Jianwen

(Guangdong Mountain Flood Disaster Prevention and Control Engineering Center,Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower, Guangzhou 510635, China)

The paper aims to introduce the working principle of the ground penetrating radar (GPR) and to apply the GPR to inspect the seepage hazard in the sluice gate bottom plate of the water conservancy pivot in Shakou, Fushan of Guangdong. The GRP image characteristics of seepage hazard and its qualitative identification methods were analyzed. Test results showed that the proposed inspection means can effectively detect the seepage hazard.

ground penetrating radar； sluice gate bottom plate; seepage hazard

P631；TN95；TG115.28

： B

：1000-6656(2017)09-0083-04

2017-01-20

广东省水利科技创新资助项目(2014-09)

徐云乾(1986-),男，硕士，工程师，主要从事水工结构研究工作

徐云乾，xuyunqian@foxmail.com

10.11973/wsjc201709021