地質雷達在水利工程質量檢測中的應用

3 工程概況

北京市界內永定河左、右堤防于清朝乾隆年間修筑，后經數次維修和加固形成現有規模，主體為梯形，頂寬約10m，可見堤高約5～6m，堤內坡坡度為1:1.5～1:2.0，外坡相對較緩為1: 2.0～1: 2.5。

堤身為人工堆積，主要由粉細砂(中下游段)、卵礫石(上游段)組成。介質構成復雜多變，分布不均，且處于包氣帶中，極為干燥。

堤基為第四系全新統地層，巖性以粉細砂為主，下游段出現黑色淤泥質粘土夾層，層厚約0.7～2.0m。

地下水位埋深(自地表計)：盧溝橋附近約20.0m，至下游逐漸變淺，達省/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、右堤防共劃定險工段12處23段，分布在左堤約60Km和右堤約30Km范圍內，其險工段內坡為漿砌石(厚約40cm――原設計標準)結合鉛絲石籠構成的護砌，并于1964～1989年間營建，漿砌石護坡除可見堤身部分露出外，其余部分與鉛絲石籠水平護底均埋于河灘灘地以下，一般為3.0～5.0m，外鋪8.0m的鉛絲石籠護底。這些險工段在歷史上均有決口或搶險加固的記載。為滿足北京市對永定河防洪設計的需要，保證該堤防渡汛萬無一失，故進行地球物理勘探工作，以檢測堤防工程的護砌質量，便于99年6月份之前進行加固處理。

4 測試技術及資料處理

為判斷險工段堤內坡護險漿砌石質量的優劣，沿內坡坡腳布置一條雷達探測剖面，并按其走向連續測試。

外業施測使用瑞典MALA地質儀器有限公司生產的RAMAC/GPR地質雷達系統，天線的中心頻率為250MHz，收發天線的間距為0.6m。實測采用剖面法，且收發天線方向與測線方向平行。記錄點距為0.2m，采樣頻率為3893MHz，單一記錄跡線的采樣點數為512，迭加次數為16，記錄時窗為180ns，若取堤身土體的雷達波速為0.08～0.10m/ns，表層漿砌石的雷達波速為0.10～0.12m/ns，綜合考慮該地層剖面特征，選取雷達波速中值為0.10m/ns，則此時該雷達系統的最小縱向分辨率為8～10cm。

雷達資料的數據處理與地震反射法勘探數據處理基本相同，主要有：①濾波及時頻變換處理；②自動時變增益或控制增益處理；③多次重復測量平均處理；④速度分析及雷達合成處理等，旨在優化數據資料，突出目的體、最大限度地減少外界干擾，為進一步解釋提供清晰可辨的圖像。處理后的雷達剖面圖和地震反射的時間剖面圖相似，可依據該圖進行地質解釋。

5 成果分析

地質雷達資料的地質解釋是地質雷達探測的目的。由數據處理后的雷達圖像，全面客觀地分析各種雷達波組的特征(如波形、頻率、強度等)，尤其是反射波的波形及強度特征，通過同相軸的追蹤，確定波組的地質意義，構制地質――地球物理解釋模型，依據剖面解釋獲得整個測區的最終成果圖。

地質雷達資料反映的是地下地層的電磁特性(介電常數及電導率)的分布情況，要把地下介質的電磁特性分布轉化為地質分布，必須把地質、鉆探、地質雷達這三個方面的資料有機結合起來，建立測區的地質――地球物理模型，才能獲得正確的地下地質結構模式。