地質(zhì)雷達(dá)在浯溪口大壩鋼筋定位中的應(yīng)用

1、    地質(zhì)雷達(dá)在浯溪口大壩鋼筋定位中的應(yīng)用    江慶華摘 要：通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)在浯溪口工程管型座側(cè)墻鋼筋定位中的使用實(shí)例，介紹了地質(zhì)雷達(dá)在鋼筋定位中的應(yīng)用。鋼筋與混凝土存在物性差異，且有明顯的介電常數(shù)差異。因此，在雷達(dá)波的時(shí)間剖面上，鋼筋和混凝土之間有明顯的反射波。通過(guò)鉆孔驗(yàn)證，實(shí)際位置與探孔測(cè)試結(jié)果吻合，說(shuō)明地質(zhì)雷達(dá)是可以在鋼筋定位測(cè)試中應(yīng)用的。關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；鋼筋定位；浯溪口大壩。中圖分類(lèi)號(hào)：tv431+.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1006-8937（2016）29-0049-021 工程概況浯溪口水利樞紐工程位于江西省景德鎮(zhèn)市蛟潭鎮(zhèn)境內(nèi)，距景

2、德鎮(zhèn)市約40 km，是一座以防洪為主，兼顧供水、發(fā)電等的ii等大（二）型水利樞紐工程。浯溪口水庫(kù)總庫(kù)容為4.747億m3，大壩壩頂高程65.5 m，正常蓄水位56.0 m，最大壩高46.8 m，壩軸線長(zhǎng)度498.62 m，主要建筑物為非溢流壩、溢流壩、河床式廠房。在河床式廠房施工過(guò)程中，因設(shè)計(jì)變更，需要在2號(hào)和3號(hào)機(jī)組管型座側(cè)墻鋼筋網(wǎng)中鉆孔，進(jìn)行植筋施工，以提高管型座基礎(chǔ)的抗拉抗剪能力。側(cè)墻縱向鋼筋網(wǎng)間距僅為20 cm，且在鋼筋綁扎施工過(guò)程中存在偏差，鉆孔植筋過(guò)程中極易碰到鋼筋網(wǎng)，造成二次鉆孔，甚至損傷側(cè)墻主筋。因此，必須準(zhǔn)確進(jìn)行鋼筋定位，為鉆孔植筋做好準(zhǔn)備。為了2號(hào)和3號(hào)機(jī)組管型座側(cè)墻鋼筋準(zhǔn)

3、確定位，為后續(xù)鉆孔植筋施工提供參考，對(duì)比目前無(wú)損探測(cè)的方法，采用地質(zhì)雷達(dá)來(lái)確定管型座側(cè)墻（左右：4.04.1 m寬，上下：6.0-6.1 m）鋼筋位置。2 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理簡(jiǎn)介地質(zhì)雷達(dá)是采用高頻電磁波探測(cè)地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)與特征的探測(cè)技術(shù)，在探測(cè)時(shí)將發(fā)射天線和接收天線放置于測(cè)試區(qū)域地表上進(jìn)行探測(cè)，如圖1所示，考慮到場(chǎng)地內(nèi)目標(biāo)深度，為提高雷達(dá)剖面分辨率，發(fā)射天線和接收天線以固定間隔沿測(cè)線同步移動(dòng)，移動(dòng)一次采集一道數(shù)據(jù)。這種探測(cè)方式非常適合比較惡劣的工作條件。地質(zhì)雷達(dá)向地下目標(biāo)體發(fā)射的電磁波信號(hào)在傳播的過(guò)程中，遇到電性差異的目標(biāo)體（如巖溶、裂隙等）時(shí)，電磁波便發(fā)生反射，由接收天線接收反射波。在對(duì)地質(zhì)雷達(dá)

4、數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)雷達(dá)波形、電磁場(chǎng)強(qiáng)度、振幅和雙程走時(shí)等參數(shù)便可推斷地下巖體的地質(zhì)構(gòu)造。目標(biāo)體到測(cè)試面的距離：d=v×t/2其中，t為電磁波的雙程走時(shí)，ns；v為電磁波的傳播速度，cm/ns。介質(zhì)中電磁波的傳播速度：v=c0/（2×）其中，c0為電磁波在空氣中的傳播速度，30 cm/ns；為介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)，一般情況空氣取1，水取81，石灰?guī)r為67。實(shí)際上，電磁波在介質(zhì)界面產(chǎn)生反射是因?yàn)閮蓚?cè)介質(zhì)的介電常數(shù)不同，差異越大反射信號(hào)越強(qiáng)烈，反之反射信號(hào)越差。由電腦所收集并存儲(chǔ)的每一測(cè)點(diǎn)上的雷達(dá)波形序列形成一個(gè)由若干記錄道組成的地質(zhì)雷達(dá)剖面，如圖2所示。地質(zhì)雷達(dá)雖探測(cè)

5、精度高，但發(fā)射天線能量有限，探測(cè)深度較淺。考慮到場(chǎng)地內(nèi)目標(biāo)深度，為提高雷達(dá)剖面分辨率，采用發(fā)射天線和接收天線以固定間隔沿測(cè)線同步移動(dòng)的工作程序，移動(dòng)一次采集一道數(shù)據(jù)。步長(zhǎng)0.02 m，記錄長(zhǎng)度10 ns左右，32次疊加。地質(zhì)雷達(dá)雖探測(cè)精度高，但能量有限，探測(cè)距離較淺。本次測(cè)試采用中心頻率為1.2 ghz的天線進(jìn)行測(cè)量。3 地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集及處理地質(zhì)雷達(dá)采用高頻電磁波的形式進(jìn)行地下介質(zhì)的探測(cè)，其運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律與地震勘探方法類(lèi)似，因而地震勘探的數(shù)據(jù)采集方法可以被借鑒到地質(zhì)雷達(dá)野外測(cè)量中，其中包括反射、折射和透射測(cè)量方式。在反射測(cè)量方式中以剖面法多次覆蓋技術(shù)為主，其他方法為輔。剖面法是發(fā)射天線和接收天線

6、以固定間距沿測(cè)線同步移動(dòng)的一種測(cè)量方式。剖面法的測(cè)量結(jié)果用地質(zhì)雷達(dá)時(shí)間剖面圖像來(lái)表示。當(dāng)天線距離很小時(shí)，相當(dāng)于自激自收的數(shù)據(jù)采集方式，得到的記錄能較準(zhǔn)確地反映測(cè)線處各反射界面的形態(tài)和介質(zhì)體的空間位置等信息。然而，由于地下介質(zhì)對(duì)電磁波的吸收，來(lái)自深處界面的反射波會(huì)由于信噪比過(guò)低而不易識(shí)別，這時(shí)需應(yīng)用不同天線距的發(fā)射一接收天線在同一測(cè)線上進(jìn)行重復(fù)測(cè)試，然后將測(cè)試記錄中相同位置的記錄進(jìn)行疊加，以增強(qiáng)對(duì)深部介質(zhì)探測(cè)的分辨率。在探測(cè)過(guò)程中，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形、設(shè)備狀況以及實(shí)際需要來(lái)選擇不同的測(cè)量方式。地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的目的主要是壓制各種噪聲，增強(qiáng)有效信號(hào)，提高資料信噪比，以最大可能的分辨率在地質(zhì)雷達(dá)圖像剖

7、面上顯示反射波，以便從數(shù)據(jù)中提取速度、振幅、頻率、相位等特征信息，幫助解釋人員對(duì)資料進(jìn)行有效的地質(zhì)解釋。地質(zhì)雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理流程一般分兩部分：第一部分為數(shù)據(jù)編輯，包括數(shù)據(jù)合并、廢道剔除、測(cè)線方向一致化、漂移處理；第二部分是常規(guī)處理以及地質(zhì)雷達(dá)圖像增強(qiáng)處理，包括數(shù)字濾波、振幅恢復(fù)、均衡、歸一化、小波變換、時(shí)深轉(zhuǎn)換等。4 探測(cè)剖面解釋與分析本次地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集的測(cè)線布置如下：分別在2號(hào)和3號(hào)機(jī)組管型座基礎(chǔ)左、右邊墻（左右4.04.1 m寬，上下長(zhǎng)6.06.1 m）布置井字形測(cè)線，即橫向兩條、縱向兩條。3號(hào)機(jī)組管型座基礎(chǔ)右邊墻橫向測(cè)線雷達(dá)測(cè)試處理結(jié)果圖，如圖3所示。橫坐標(biāo)為水平距離（m），縱坐標(biāo)左為深

8、度（m），縱坐標(biāo)右為時(shí)間（us），圖像顯示右邊墻距地面1.36 m，下游至上游段（04.1 m），混凝土表面以下深1827 cm范圍內(nèi)，存在多組強(qiáng)振幅雷達(dá)反射波組，波形具有弧形的特征，較凌亂，與周?chē)牟ㄐ未嬖诿黠@的差異，推測(cè)為混凝土中的鋼筋等金屬物，其弧形的頂端即為鋼筋的位置，見(jiàn)表1和如圖3所示。5 結(jié) 語(yǔ)地質(zhì)雷達(dá)是一種高分辨率的現(xiàn)代地球物理探測(cè)技術(shù)， 它具有很強(qiáng)的抗干擾能力和較高的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試效率。該技術(shù)用于工程中的地質(zhì)缺陷探測(cè)能準(zhǔn)確快速地測(cè)定缺陷的分布情況；該方法用于水電站等工程巖體及混凝土的缺陷探測(cè)，可以較好地確定缺陷發(fā)育的形態(tài)及空間分布，了解目標(biāo)體的地質(zhì)缺陷情況。因此， 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是類(lèi)似

9、的地下工程巖體處理探測(cè)的一種快捷的， 有效的手段， 值得推廣。地質(zhì)雷達(dá)測(cè)量方式、測(cè)線布置及系統(tǒng)參數(shù)的選擇直接影響著野外數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量，只有根據(jù)測(cè)量環(huán)境以及探測(cè)目標(biāo)體的大致走向、規(guī)模、物性等情況綜合分析，做出合理選擇，才能保證所測(cè)地質(zhì)雷達(dá)圖像資料的準(zhǔn)確性和客觀性。本次現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)， 中心頻率為1.2 ghz 的天線既具有理想的分辨能力， 又能得到合適的探測(cè)深度。因此， 該種范圍頻率的天線是這類(lèi)探測(cè)工作的最佳天線。就現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試條件而言， 要求測(cè)線兩端及其附近一定范圍內(nèi)無(wú)施工機(jī)械設(shè)備存在；同時(shí)要求測(cè)線所在位置平坦， 無(wú)雜亂其他金屬體， 只有這樣才能避免地表物體所形成的側(cè)面反射的干擾， 獲得高質(zhì)量的檢測(cè)資料。根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)圖像的波形、頻率、振幅、相位及電磁波能量吸收情況（或自動(dòng)增益梯度）等細(xì)節(jié)特征的變化規(guī)律，得出地質(zhì)雷達(dá)圖像解釋的地質(zhì)現(xiàn)象，也有利于以后地質(zhì)雷達(dá)圖像識(shí)別和經(jīng)驗(yàn)積累。本次鋼筋的探測(cè)結(jié)果，通過(guò)鉆孔驗(yàn)證，實(shí)際位置與探孔測(cè)試結(jié)果吻合，說(shuō)明地質(zhì)雷達(dá)是可以在鋼筋定位測(cè)試中應(yīng)用的。參考文獻(xiàn)：1 李大心.地質(zhì)雷達(dá)方法與應(yīng)用m.北京：地質(zhì)出版社，1994.2 譚紹泉，劉泰生，徐錦璽