世隆科技：地质雷达在坝体检测中的应用

大坝的质量至关重要,与人民的生命与财产安全息息相关。目前我国有相当一部分是上世纪七八十年代建造的土石坝,年代久远,经久失修,存在着重大的安全隐患。其中大坝渗漏点就是一种隐患之一,且危害巨大,甚至造成溃坝等重大灾害。

在对我国现有的溃坝统计分析以后表明，由于因为渗漏所引发的问题占有多数，所以，造成大坝出现问题的一个重要原因就是渗漏，由此可见，防止渗漏则是改善水利工程的一个重要关键因素。确保大坝的安全性，就必须要准确快速的找到渗漏的具置以及它的损害程度，通常解决的重要方法必须要进行安全监测，以及分析它的化学成分等，而这些检测方法在解决大坝渗漏的问题上则起到了至关重要的作用。比如说，在检查巡视时一般很难发现大坝内部所存在的渗漏问题，以及所出现的渗流量和渗压等问题，监测仪器自身是受使用时间限制的，在运行一段时间以后，就不会再准确的提供变化值，也不能够准确的分析和观测到渗流量，在进行检测时受到了范围的限制，所以，建设大坝工程时由于渗漏原因不明，在经过治理后仍未达到预期的效果，因此，在这种情况下，我们必须要找到更好的检测方法，可以准确快速的确定大坝的渗漏位置以及程度，从而应用更好的方法进行解决。

探地雷达工作原理：

探地雷达是通过发射天线向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，根据接收到电磁波的波形、振幅强度和时间的变化特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。

一个天线发射高频宽频带电磁波，另一个天线接收地下介质界面的反射波。利用电磁破在不同介质中的速度差异导致的回波回程时间不同，可以推断出介质的结构。

探地雷达工作原理图，如下：

地质雷达工作原理图

探地雷达的结构组成：

地质雷达结构

探地雷达在大坝检测中的应用：

探地雷达(GPR)又称作为地质雷达，这种检测是具有连续无损，快速经济以及高精度的一种检测技术，是在国际上逐渐发展的一项新技术，也是在当前具有较高精度的一种应用技术。

地质雷达的检测主要应用于地下水的调查、探析湖底与河底的剖面、探测基岩、地质分层、调查湖底的形态、剖析坝体的深度、普查管网、隧道超前预报、调查滑坡、探测空洞、检测坝体的质量、检测路面、检测墙体的质量、检测桥桩的质量，以及定位不明物体等多方面领域都有应用。

探地雷达技术在20世纪90年代后逐渐成熟起来，我国水利工程领域引进探地雷达进行隐患探测的时间较早，开始是应用在土石坝的渗漏探测中，后来逐步应用于土石坝的水下隐患探测中。

作为一种无损地检测方法,可以有效地、快速地对大坝进行检测,提早的发现隐患排除隐患。GPR反馈信号由于仪器本身和地下介质的复杂性的影响,往往存在噪声、杂波和伪影,并对反馈信号产生衰减效应。因此对GPR进行信号处理对更高效地识别大坝渗漏点具有重要意义。

一 坝体水上部分检测：

坝体检测

方法：选择合适频率的探地雷达，沿着坝体一道一道拖行，探地雷达向坝体向下发生电磁波，电磁波根据地下介质的不同，反射电磁波，控制端（笔记本电脑）采集软件实时采集相关数据，可以实时反馈出坝体下面的异常情况。通过采集波形图可以判断坝体病害情况。对于异常情况可在软件上实时标记，后期可以根据相关数据对坝体病害进行有针对性治理。采集结果如下图：

二 水下坝体部分检测

坝体水下部分检测难道要大很多，必须要考虑探地雷达防水和抗压能力，必须对探地雷达进行防水改装，并结合水下机器人（ROV）配合使用。

探地雷达坝体病害检测系统

大坝检测

大坝水下部分检测

方法：将常规探地雷达进行改装，满足防水和抗压要求，同时，为了满足远距离投送问题，水下机器人也需要进行改装，加装四个轮子。然后将改装后的探地雷达搭载到改装后水下机器人上，探地雷达通过水下机器人沿着坝体一道一道拖行，探地雷达向坝体向下发生电磁波，电磁波根据地下介质的不同，反射电磁波，控制端（笔记本电脑）采集软件实时采集相关数据，可以实时反馈出坝体下面的异常情况。水下机器人上采集到的视频信息也可以实时传送到岸上，通过采集波形图和视频数据可以判断坝体病害情况。对于异常情况可在软件上实时标记，后期可以根据相关数据对坝体病害进行有针对性治理。采集结果如下图：

其他应用案例：

广东省水利水电科学研究院广东省山洪灾害防治工程技术研究中心的研究人员们应用探地雷达技术，检测佛山市沙口水利枢纽引水闸底板的渗流隐患，据此来研究渗流隐患区域的探地雷达图像特征和隐患的定性识别方法。

引水闸建于1981年，1982年建成投入使用，位于分洪闸后侧，主要起引水、二级蓄水防洪、截污等作用。引水闸共8个孔，单孔净宽5m，总净宽40m，闸底板高程-2m，设4扇平板钢闸门。探地雷达检测对象为水利枢纽分洪闸与引水闸之间的底板。

采用橡皮筏沿测线匀速前进，以闸墙分缝为关键点(F1~Fn)进行标记的方式采集测点数据。水闸雷达测试测线布置如下图所示。

在引水闸和分洪闸之间共布置了6条测线，沿水流方向3条，平行于闸轴线方向3条，测线布置方法见下表：

探测结果：

“测线 line14消力池底板处雷达波回波均匀，同相轴连续，底板质量均一；大部分闸底板和护坦的雷达波回波均匀，同相轴连续，底板质量均一；护坦靠近引水闸处底板(约60m，水平桩号距离，下同)底部回波振幅强烈，同相轴中断，可能已经出现一个渗漏通道；该处区域(70~90m)内反射同相轴错位约10ns，雷达波在淡水中的传播速度为0.033m/ns，经计算，可知底板已经发生了最大16.5cm 的沉降；靠近引水闸护坦(30~80m)基础底部的淤泥层分布较厚。“测线 line16消力池底板处雷达波回波较强，同相轴连续，底板质量均一；大部分闸底板和护坦雷达波回波较强，同相轴连续，底板质量均一；闸室底板(-10~0m)同相轴中断，雷达波异常部位多次波来回多次反射，为振幅异常较强部位，闸室底板基础(砂土或淤泥)可能相对密实度较差；该处区域内(70~90m)反射同相轴错位约10ns，根据雷达波在淡水中的传播速度计算，可知底板已经发生了最大16.5cm的沉降；靠近引水闸护坦(51~70m)基础底部的淤泥层分布较厚。“测线 line15消力池底板处雷达波回波较强，同相轴连续，底板质量均一；由于水流波动引起的雷达波回波紊乱，水面平静后雷达波恢复正常，此处(78~90m)为外界因素引起的雷达波异常区；靠近引水闸护坦(10~58m)基础底部的淤泥层分布较厚；该处区域(0~20m)内反射同相轴错位约10ns，根据雷达波在淡水中的传播速度计算，可知底板已经发生了最大16.5cm的沉降。测线line14~line16的雷达图像如下图所示：

探地雷达大坝检测具体步骤：

探地雷达于大坝检测时，以下是具体的步骤：

确定检测目标：确定需要检测的大坝部位，例如坝体、基础、坝肩等。

选择合适的探地雷达设备：根据检测目标的特点和要求，选择适合的探地雷达设备，包括雷达天线、发射器和接收器等。

确定检测方案：根据大坝的实际情况，确定合适的检测方案，包括检测位置、检测深度、检测频率等。

进行检测：将探地雷达设备布置在大坝上，进行检测。

分析检测数据：对采集到的数据进行处理和分析，包括滤波、图像处理等，以提取有用的信息。

评估大坝状况：根据分析结果，评估大坝的状况，包括坝体完整性、裂缝分布和深度等。

提出建议：根据评估结果，提出相应的建议，包括修复方案、预防措施等。

编写检测报告：根据检测结果和分析结果，编写检测报告，包括大坝状况的详细描述、评估结果和建议等。

需要注意的是，探地雷达用于大坝检测需要专业的技术人员进行操作和分析，以确保检测结果的准确性和可靠性。同时，在进行探地雷达检测时，应遵循相关的安全规定和操作规程，确保检测工作的安全和顺利进行。