地質(zhì)雷達(dá)在水利工程質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用

3 工程概況

北京市界內(nèi)永定河左、右堤防于清朝乾隆年間修筑，后經(jīng)數(shù)次維修和加固形成現(xiàn)有規(guī)模，主體為梯形，頂寬約10m，可見(jiàn)堤高約5～6m，堤內(nèi)坡坡度為1:1.5～1:2.0，外坡相對(duì)較緩為1: 2.0～1: 2.5。

堤身為人工堆積，主要由粉細(xì)砂(中下游段)、卵礫石(上游段)組成。介質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜多變，分布不均，且處于包氣帶中，極為干燥。

堤基為第四系全新統(tǒng)地層，巖性以粉細(xì)砂為主，下游段出現(xiàn)黑色淤泥質(zhì)粘土夾層，層厚約0.7～2.0m。

地下水位埋深(自地表計(jì))：盧溝橋附近約20.0m，至下游逐漸變淺，達(dá)省/市界附近(石佛寺)一帶約2.0m。

永定河盧溝橋下游至省/市界左、右堤防共劃定險(xiǎn)工段12處23段，分布在左堤約60Km和右堤約30Km范圍內(nèi)，其險(xiǎn)工段內(nèi)坡為漿砌石(厚約40cm――原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn))結(jié)合鉛絲石籠構(gòu)成的護(hù)砌，并于1964～1989年間營(yíng)建，漿砌石護(hù)坡除可見(jiàn)堤身部分露出外，其余部分與鉛絲石籠水平護(hù)底均埋于河灘灘地以下，一般為3.0～5.0m，外鋪8.0m的鉛絲石籠護(hù)底。這些險(xiǎn)工段在歷史上均有決口或搶險(xiǎn)加固的記載。為滿足北京市對(duì)永定河防洪設(shè)計(jì)的需要，保證該堤防渡汛萬(wàn)無(wú)一失，故進(jìn)行地球物理勘探工作，以檢測(cè)堤防工程的護(hù)砌質(zhì)量，便于99年6月份之前進(jìn)行加固處理。

4 測(cè)試技術(shù)及資料處理

為判斷險(xiǎn)工段堤內(nèi)坡護(hù)險(xiǎn)漿砌石質(zhì)量的優(yōu)劣，沿內(nèi)坡坡腳布置一條雷達(dá)探測(cè)剖面，并按其走向連續(xù)測(cè)試。

外業(yè)施測(cè)使用瑞典MALA地質(zhì)儀器有限公司生產(chǎn)的RAMAC/GPR地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)，天線的中心頻率為250MHz，收發(fā)天線的間距為0.6m。實(shí)測(cè)采用剖面法，且收發(fā)天線方向與測(cè)線方向平行。記錄點(diǎn)距為0.2m，采樣頻率為3893MHz，單一記錄跡線的采樣點(diǎn)數(shù)為512，迭加次數(shù)為16，記錄時(shí)窗為180ns，若取堤身土體的雷達(dá)波速為0.08～0.10m/ns，表層漿砌石的雷達(dá)波速為0.10～0.12m/ns，綜合考慮該地層剖面特征，選取雷達(dá)波速中值為0.10m/ns，則此時(shí)該雷達(dá)系統(tǒng)的最小縱向分辨率為8～10cm。

雷達(dá)資料的數(shù)據(jù)處理與地震反射法勘探數(shù)據(jù)處理基本相同，主要有：①濾波及時(shí)頻變換處理；②自動(dòng)時(shí)變?cè)鲆婊蚩刂圃鲆嫣幚?；③多次重?fù)測(cè)量平均處理；④速度分析及雷達(dá)合成處理等，旨在優(yōu)化數(shù)據(jù)資料，突出目的體、最大限度地減少外界干擾，為進(jìn)一步解釋提供清晰可辨的圖像。處理后的雷達(dá)剖面圖和地震反射的時(shí)間剖面圖相似，可依據(jù)該圖進(jìn)行地質(zhì)解釋。

5 成果分析

地質(zhì)雷達(dá)資料的地質(zhì)解釋是地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的目的。由數(shù)據(jù)處理后的雷達(dá)圖像，全面客觀地分析各種雷達(dá)波組的特征(如波形、頻率、強(qiáng)度等)，尤其是反射波的波形及強(qiáng)度特征，通過(guò)同相軸的追蹤，確定波組的地質(zhì)意義，構(gòu)制地質(zhì)――地球物理解釋模型，依據(jù)剖面解釋獲得整個(gè)測(cè)區(qū)的最終成果圖。

地質(zhì)雷達(dá)資料反映的是地下地層的電磁特性(介電常數(shù)及電導(dǎo)率)的分布情況，要把地下介質(zhì)的電磁特性分布轉(zhuǎn)化為地質(zhì)分布，必須把地質(zhì)、鉆探、地質(zhì)雷達(dá)這三個(gè)方面的資料有機(jī)結(jié)合起來(lái)，建立測(cè)區(qū)的地質(zhì)――地球物理模型，才能獲得正確的地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)模式。