地质雷达在河堤水闸安全鉴定中的应用

秦伟桃

（广东省核工业地质局二九三大队，广东 510800）

1 概述

随着国家水利设施不断的建设，对于沿江沿海地区生活的人们来说，河堤水闸的安全性问题，越来越关系到当地区和人民的生命和财产的安全。对于保护人民安全的河堤水闸来说，由于长久的受到水流的冲刷，存在于河堤水闸基础底部中的病害由于无法及时发现，所以很难得到及时地处理，直到发生破坏时（管涌或渗漏）才被发现，严重影响了其排洪防涝的功能，这需要我们及时的通过技术手段提前发现并排除潜在的风险隐患，本文结合工程实例，将地质雷达方法应用于河堤水闸安全鉴定中，查明是否存在因多年运行水力冲刷等原因造成的基础地下空洞、土体松散区等隐患。

2 工作原理

地质雷达作为工程物探检测的一项新技术，具有连续、无损、高效和高精度等优点［1］，通过地质雷达天线发射器将频率为数十兆赫至数千兆赫波段的电磁波，由地面发射至地下目标体，经过目标体或不同地质界面反射后返回接收，当遇到不均匀体(界面)时会反射部分电磁波，其反射系数由介质的相对介电常数决定，通过对雷达主机所接收的反射信号进行处理和图像解译，达到识别隐蔽目标物的目的见图1。

图1 地质雷达工作原理示意图

地层介质之间存在着一定的物性差异，当地质雷达发射电磁脉冲遇到不同介质的层面时，便会产生反射，由接收天线接收反射信号，并由仪器记录下各信号到达的时间及幅度，经过时域垂直带通滤波、直达波去除、背景去噪、线性增益、平滑增益、时域水平带通滤波，即可得到地下各地层分布情况的地质雷达时间剖面图。

地质雷达发射的高频电磁波在地下介质中传播，根据地面反射与异常体或分界面反射的时间差Δt，即可计算出其埋藏深度Z［2］，即式（1）。

上式中，当现场采集的时间数据和水平位移数据满足精度要求，对电磁波在地下介质中的传播速度的精确程度也严重影响着探测目标体埋藏深度的准确性。对于求取的方法主要有介电常数法、波速霍夫变换法和综合法等方法［3］。

根据大量的实际测试结果统计分析，本文采用介质的相对介电常数和波速见表1。

表1 介质的介电常数和波速表

3 应用实例

在佛山市顺德区龙江镇歌滘水闸范围内各基础，因多年运行水力冲刷等原因造成的基础地下土体松散区等塌陷隐患。本次地质雷达探测采用意大利IDS公司fastwave 1ch雷达系统，其主要部件包括：平板电脑、IDS雷达主机、80MHz收发一体天线、测距轮传输电缆及GRESWIN2处理软件。通过现场实测参数试验，选取最优工作参数。现场设定的工作参数：选取的天线中心频率为80MHz；设置的时间时窗为400ns；测线距离为2m；测点距离为0.2m；采样速率为512次扫描/秒。测线布置根据异常点的类型、发育程度、空间位置采用“井字型”布置原则［4］，实测剖面见图2-图4。

图2 地质雷达剖面一

图4 地质雷达剖面三

本次佛山市顺德区龙江镇歌滘水闸安全鉴定中共探测出2个地质雷达异常区YC01、YC02。

（1）地质雷达YC01异常

地质雷达时间剖面图显示分别在地质雷达剖面一1m～10m、地质雷达剖面二1m～10m、地质雷达剖面三1m～10m岀现明显的反射能量增强、同轴连续性较差地质雷达异常，异常性质推测为土体松散，深度3.5m～7.0m。

图3 地质雷达剖面二

（2）地质雷达YC02异常

地质雷达时间剖面图显示，分别地质雷达剖面一22m～30m、地质雷达剖面二23m～35m、地质雷达剖面三23m～35m岀现明显的反射能量增强、同轴连续性较差地质雷达异常；异常性质推测为土体松散，深度3m～8.5m。

4 结论

（1）在经过多年长时间水流冲刷的河堤水闸，其基础下部土体会存在出现土体松散、空洞等隐患，在运行过程中存在安全问题，通过采用地质雷达无损检测方法提前进行安全鉴定，能有效避免后续管涌、渗漏等灾害的发生。

（2）地质雷达探测过程中需要注意几个问题：水闸中是否有积水，有积水的情况下会对信号采集有衰减吸收作用；地质雷达布置测量的起始点位置需要用RTK或全站仪定位，以保证异常位置的准确性，对测线方向的把控以及测量起始点的准确性对于处理解释异常体的位置归位十分重要［5］。

（3）经过工程实践证明,在河堤水闸安全鉴定中使用地质雷达探测方法能清晰地识别出异常目标体，可取得较好的应用效果。