地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)在工程地質(zhì)裂縫探測(cè)調(diào)查中的應(yīng)用

1、 地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)在工程地質(zhì) 裂縫探測(cè)調(diào)查中的應(yīng)用王鵬禹 李 磊(中國(guó)水利水電第三工程局有限公司,西安 710016【摘 要】 地質(zhì)雷達(dá)屬于工程物探方面一種新型檢測(cè)設(shè)備和技術(shù),正在工程領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合工程實(shí)例,應(yīng)用MALA雷達(dá)配合RTA50MHz天線,在工程地質(zhì)裂縫調(diào)查方面做了一些有益的探索,取得了滿意的檢測(cè)效果。【關(guān)鍵詞】 地質(zhì)雷達(dá);檢測(cè)技術(shù);地質(zhì)裂縫;探測(cè)調(diào)查【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1008-1305.2011.06.017【中圖分類號(hào)】 P631 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 B 【文章編號(hào)】 1008-1305(201106-0054-04近年來,地質(zhì)雷達(dá)在工程勘察

2、、質(zhì)量檢測(cè)和地質(zhì)與工程病害的預(yù)報(bào)和診斷等環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要作用。在解決工程疑難問題的能力方面有明顯提高。一些無法解決的工程檢測(cè)問題,現(xiàn)在有了較為成熟的技術(shù)和技術(shù)設(shè)備。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)用于土建隱患的探測(cè),通過掌握不同隱患類型在雷達(dá)圖像上的反映特征,提高異常的判斷能力和精度,較確切地推斷工程隱患的性質(zhì)和位置,以便指導(dǎo)工程施工和管理。本文以某抽水蓄能電站下水庫(kù)進(jìn)/出水口邊坡在1409平臺(tái)邊坡爆破施工中,邊坡出現(xiàn)兩處明顯的開裂為例,進(jìn)行了地質(zhì)裂縫探測(cè)調(diào)查。為工程提供了比較準(zhǔn)確的地質(zhì)裂縫分布,提出了地質(zhì)預(yù)報(bào)的結(jié)論和建議,為地質(zhì)災(zāi)害處理和建筑物設(shè)計(jì)修改提供了依據(jù)。1 地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備系統(tǒng)及工作原理1.1地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)地

3、質(zhì)雷達(dá)是一種寬帶高頻電磁波信號(hào)探測(cè)方法,它是利用電磁波信號(hào)在物體內(nèi)部傳播時(shí)電磁波的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)的。地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)的基本部分如圖1所示。圖1 地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)基本部分組成(1控制單元:控制單元是整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的管理器,計(jì)算機(jī)(32位處理器對(duì)如何測(cè)量給出詳細(xì)的指令。系統(tǒng)由控制單元控制著發(fā)射機(jī)和接收機(jī),同時(shí)跟蹤當(dāng)前的位置和時(shí)間。(2發(fā)射機(jī):發(fā)射機(jī)根據(jù)控制單元的指令,產(chǎn)生相應(yīng)頻率的電信號(hào)并由發(fā)射天線將一定頻率的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁波信號(hào)向地下發(fā)射。其中電磁信號(hào)主要能量集中于被研究的介質(zhì)方向傳播。作者簡(jiǎn)介:王鵬禹(1962年-,男,總工程師,教授級(jí)高級(jí)工程師。 (3接收機(jī):接收機(jī)把接收天線接收到的電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換

4、成電信號(hào)并以數(shù)字信息方式進(jìn)行存貯。(4電源、光纜、通訊電纜、觸發(fā)盒、測(cè)量輪等輔助元件。(5專用設(shè)備:目前在工程檢測(cè)中常用的地質(zhì)雷達(dá)主要為國(guó)外一些公司生產(chǎn)的地質(zhì)雷達(dá)及配置不同頻率范圍的雷達(dá)天線。1.2 地質(zhì)雷達(dá)工作原理地質(zhì)雷達(dá)依據(jù)電磁波脈沖在地下傳播的原理進(jìn)行工作。發(fā)射天線將高頻(106109Hz或更高的電磁波以寬帶短脈沖形式送入地下,被地下介質(zhì)(或埋藏物反射,然后由接收天線接收見圖2。注:探地雷達(dá)主要利用寬帶高頻時(shí)域電磁脈沖波的反射探測(cè)目的體。注:由公式雷達(dá)z圖3 地表裂縫分布示意圖3 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)調(diào)查成果及分析3.1探測(cè)調(diào)查內(nèi)容(1探測(cè)下水庫(kù)出水口邊坡裂縫的深度。(2探測(cè)下水庫(kù)出水口f905

5、-14斷層分布情況。3.2 探測(cè)調(diào)查成果及分析(1采用地質(zhì)雷達(dá)在該區(qū)域共布置了5條測(cè)線,分別在1429高程布置1條,1449高程布置1條,1469高程布置3條。(2在邊坡高程1429處布設(shè)1#測(cè)線,對(duì)高程1429馬道以下是否存在軟弱夾層進(jìn)行探測(cè),雷達(dá)探測(cè)圖見圖4。由圖4黑色方框區(qū)域可以明顯看出:在1429高程以下存在一條層位分界面,最淺處埋深4m,最深處埋深8m(在深度1060m未發(fā)現(xiàn)異常值,初步判斷為一軟弱夾層,厚約5060cm。結(jié)合地勘資料,判斷可能是F905-14斷層。白色方框1、2區(qū)域?yàn)槔走_(dá)過裂縫2及旁邊裂縫時(shí)產(chǎn)生的反射,由于裂縫之間有塊石等填充物,產(chǎn)生一定寬度的空腔,導(dǎo)致雷達(dá)信號(hào)反復(fù)

6、震蕩,不能判斷裂縫的深度。白色方框3為過夾層時(shí)產(chǎn)生的反射。(3在下水庫(kù)進(jìn)/出水口邊坡高程1469,布設(shè)3#測(cè)線、4#測(cè)線和5#測(cè)線對(duì)裂縫2進(jìn)行探測(cè),雷達(dá)檢測(cè)圖分別見圖56。由圖5可以看出,裂縫2在5#測(cè)線位置上口充填少,裂縫較寬,深度在43m左右。由圖6可以看出:裂縫2在4#測(cè)線位置有4處裂縫,且上口充填不密實(shí),裂縫較寬,裂縫深度在1123m。 圖4 測(cè)線1雷達(dá)檢測(cè)圖 圖5 測(cè)線3雷達(dá)檢測(cè)圖 圖6 測(cè)線4雷達(dá)檢測(cè)圖3.3 探測(cè)調(diào)查結(jié)論據(jù)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)成果,下水庫(kù)進(jìn)/出水口邊坡裂縫探測(cè)結(jié)論如下。(1在1429高程以下存在一條層位分界面,其分布為中部深、兩端淺的弧形,最淺處埋深4m,最深處埋深8m。

7、初步判斷為一軟弱夾層,厚約5060cm。結(jié)合地勘資料,判斷可能是F905-14斷層。(2裂縫1地表寬度約3040cm,1449高程深部未發(fā)現(xiàn)裂縫。(3裂縫2上部地表最大寬度為130cm,充填不密實(shí),充填物主要為碎石,探測(cè)到裂縫2在測(cè)線3位置最大深度為43m;裂縫2在測(cè)線4位置深度為1123m;測(cè)線5位置深部未發(fā)現(xiàn)裂縫。(4根據(jù)邊坡裂縫出現(xiàn)的位置,推斷可能滑坡體輪廓線見圖7。3.4 建議(1建議對(duì)軟弱夾層(可能是地質(zhì)勘探時(shí)的F905-14斷層取原狀樣做抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)。如不取軟弱夾層原狀樣進(jìn)行抗剪強(qiáng)度試驗(yàn),參考地質(zhì)資料。軟弱夾層穩(wěn)定演算參數(shù)建議指標(biāo):=20, C=0.05MPa;根據(jù)裂縫探測(cè)調(diào)查結(jié)論

8、,建議軟弱夾層傾角按45°合理選取計(jì)算參數(shù)后,對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行演算。(2因滑動(dòng)體體積不大,建議部分挖除,并采用抗滑樁和錨索對(duì)邊坡進(jìn)行抗滑加固處理,保證邊坡穩(wěn)定,確保下水庫(kù)庫(kù)區(qū)安全和電站的安全運(yùn)行。(3為保證下水庫(kù)進(jìn)/出水口構(gòu)筑物的安全,建議根據(jù)工程構(gòu)筑物的布置情況,適當(dāng)調(diào)整下水庫(kù)進(jìn)/出水口建筑物的位置,避免裂縫可能對(duì)其造成的危害。 圖7 邊坡裂縫深度及滑坡體示意圖4 實(shí)際處理措施根據(jù)對(duì)該開裂體的調(diào)查結(jié)果,設(shè)計(jì)單位基本采納了我們的建議,對(duì)開裂體提出了專項(xiàng)處理方案。主要是將邊坡開挖面整體向山體方向推移近20m,將整個(gè)開裂體挖除,坡腳最低開挖高程基本保持原設(shè)計(jì)高程1408.3m。邊坡支護(hù)

9、除保持原設(shè)計(jì)方案外,另增加了30m 深的預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)邊坡支護(hù)。并對(duì)水庫(kù)進(jìn)/出水口建筑物的位置和走向進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整。5 結(jié) 語(yǔ)地質(zhì)雷達(dá)最早用于工程場(chǎng)地的勘查,包括重要工程場(chǎng)地、鐵路與公路路基,用于解決松散層分層和厚度分層、基巖風(fēng)化層分布、以及節(jié)理斷帶層等問題。應(yīng)用該技術(shù)選用RTA50MHZ屏蔽天線,對(duì)淺地表裂縫進(jìn)行探測(cè)調(diào)查,取得了比較理想的效果。地質(zhì)雷達(dá)以其非破壞性實(shí)時(shí)檢測(cè)、抗干擾性強(qiáng)、分辨率高,操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn),在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、工程檢測(cè)、工程勘察中被迅速推廣應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1 李大心.地質(zhì)雷達(dá)方法及應(yīng)用.北京:地質(zhì)出版社,1994.4 2 李大心.地球物理方法綜合應(yīng)用與解釋M.武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)

10、,19993 曾昭發(fā),劉四新,王者江,等.探地雷達(dá)方法原理及應(yīng)用M.北京:科學(xué)出版社,2006 黃河流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心通過國(guó)家計(jì)量認(rèn)證復(fù)查評(píng)審國(guó)家計(jì)量認(rèn)證水利評(píng)審組會(huì)同河南省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局共5位國(guó)家級(jí)計(jì)量認(rèn)證評(píng)審員,于2011年11月2123日對(duì)黃河流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行了國(guó)家計(jì)量認(rèn)證復(fù)查評(píng)審。通過現(xiàn)場(chǎng)評(píng)審,評(píng)審組認(rèn)為黃河流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心組織機(jī)構(gòu)健全,法律地位明確,能確保影響檢測(cè)成果質(zhì)量的因素均處于受控狀態(tài),能獨(dú)立承擔(dān)第三方公證性檢測(cè);質(zhì)量管理體系運(yùn)行基本符合實(shí)驗(yàn)室資質(zhì)認(rèn)定評(píng)審準(zhǔn)則和水利質(zhì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)計(jì)量認(rèn)證評(píng)審準(zhǔn)則(SL309-2007要求。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境基本滿足檢測(cè)工作要求;4名授權(quán)簽字人具備相應(yīng)的工作經(jīng)歷,具備相關(guān)領(lǐng)域的檢測(cè)報(bào)告審批能力。經(jīng)評(píng)