关键词堤防防渗墙无损检测试验研究
一、引言
堤防防渗墙质量与长江沿线人民生命财产安全息息相关，因此，对已修建的堤防防渗墙进行全面的质量检测验收工作迫在眉睫[1]。
然而，防渗墙质量检测验收工作遇到了难题。目前的防渗墙质量检测工作量大、面广，施工工艺和人为等因素造成的质量问题复杂多样，规律性差。传统方法满足不了需要。由于大范围的在堤身造墙防渗的工作是
（１）从原理上讲，目前的地质雷达利用的是近场球面电磁波，其天线的探测范围是一个形似开口向下的圆锥体，接收信号是地下一定范围内物体的综合反映，由于防渗墙厚度较薄，旁侧的影响就会将目标体信号掩盖掉。
（２）从参数选取上看，由于防渗墙体较薄，探测分辨率要求较高，因而天线的中心频率要求较高，当选取天线的中心频率增大时，天线的体积也随之增大，对ｓｉｒ－１０ｈ型探地雷达而言，１００ｍｈｚ天线的长度就为１ｍ，因此从天线大小来看，就难以满足防渗墙这种超薄层的探测。
（３）在防渗墙顶部都覆盖有０．２～０．５ｍ左右的泥土覆盖层，当天线在地表对其进行检测时，难以保证天线的中心正好位于防渗墙的顶部。
（４）接收信号虽然携带有目标体甚至小缺陷的信息，但由于目前缺乏有力的数据处理方法将它们分开，因此，难以判断所接收到的信号异常究竟是墙体及其内部缺陷引起的真异常还是墙体周围介质引起的假异常。
２．可控源音频大地电磁测深（ｃｓａｍｔ）法
本次试验结果发现，运用ｃｓａｍｔ法[2]检测防渗墙质量，对于墙体接头、墙身质量均匀性重大墙体质量缺陷及墙体深度的检测，方法可行，成果形象、直观、可靠，精度高（如图１～３），是一种有效的无损检测方法。该方法之所以成功，主要有以下原因：
（１）从原理上讲，该方法利用电磁波远场——平面波场，受地形及旁侧影响小，保证了在墙顶接收到的电磁信号是墙体及其内部缺陷而非其旁侧体的结果。
（２）与直流电阻率法相比，ｃｓａｍｔ法使用的是交变电磁场，高阻屏蔽作用小，因而对高阻墙体中的低阻缺陷，具有很强的探测能力。
（３）该仪器接收观测的电分量和磁分量值时，已经进行了归一化，使得地形的影响大为削弱，从而保证了观测数据的质量。
（４）资料处理中使用本项目研究开发的“ｋ”剖面法软件对ｃｓａｍｔ法资料进行了再处理，大大改善了资料处理的效果。
（５）资料解释时，针对ｃｓａｍｔ法中体效应的影响，通过查看原始曲线中的异常可将该影响缩小到０．５倍间距，极大地提高了资料的解释精度。
３．弹性波层析成像法
采用弹性波层析成像法检测防渗墙质量，可反映墙体介质分布的均匀性，速度成像结果与声波测试结果基本上一致。但本次试验结果发现，该方法对异常的精细检测却未达到预期效果，但这并不否定该方法原理上的先进性。
４．电磁波层析成像法
本次采用钻孔电磁波ｃｔ法，分别使用了１ｍ天线和２．５ｍ天线作对比，选用单频测量方式和扫频测量方式加以相互补充和检验，并针对不同地段选用不同的测量频率，对堤防防渗墙质量检测作了全面和系统的试验工作。但从试验结果看来，效果不佳，分析其主要原因如下：
（１）目前的电磁波法发射和接收均没有指向性，对很小的孔距和很薄的墙体而言，由于发射出来的是球面波，接收到的又是近场，旁侧影响严重干扰甚至完全掩盖了其在墙体中的传播信号，使接收到的电磁波信号幅值是墙体及其周围介质的综合反映。由于这些因素的存在，近距离检测薄墙出现吸收系数值上高下低与实际情况相矛盾的结果。因此，该方法目前虽然从原理上讲可行，但由于仪器及采集方法原因使数据采集质量下降，又没有有效的数据处理方法及软件，从而使得该方法检测效果不理想。
（２）与电磁波在高阻岩体中成功地找低阻相比，检测孔浅得多，因此受电缆波影响很大，干扰了沿墙体传播的电磁波信号。
５．垂直声波反射法和高密度多波列地震影像法
这两种方法在野外工作布置和资料分析上很相似，但各自的思路正好相反。垂直反射法求简，只记录反射纵波，波型成分单一；而高密度多波列则是求繁，尽可能地将所有波型记录下来，其成分复杂。两种方法都运用于堤防防渗墙质量检测，成果图像形象直观，并取得了相对较好的检测效果。
其原因在于两种方法从原理上都属弹性波范畴，检测条件是（界）面差异，具有较好物理条件，但是它们目前只能作为ｃｓａｍｔ的辅助方法。因为，一是不能获取参数资料定量解释，二是还存在能量与分辨率相矛盾的因素，三是暂时还没有非常有效的针对这两种方法的数据处理与反演方法。
６．高密度电阻率法
本次试验结果发现，在堤防防渗墙质量无损检测工作中，该方法效果不佳，反演检测结果与实际情况相差很大，在目前情况下不宜采用，其原因如下：
（１）在原理上，高密度电法与常规电法没有本质的区别，因而常规电法的影响因素如地形影响、体效应影响仍然是明显存在的。
（２）由于是直流电法，探测低阻异常时，受一定高阻屏蔽影响。
（３）从方法布置上，由于防渗墙体是相对高阻体，对电流起排斥作用，因而纵断面实测结果很可能不是墙体的物性反映。
（４）横断面则可能是因为堤身地形影响因素太大，反演结果因此未能反演出高阻墙体。
７．瞬态瑞雷面波法
本次试验结果发现，将瞬态瑞雷面波法用于堤防防渗墙质量检测，虽然也能够找到一些相对低速区，但就反演的整体结果看，目前效果不佳。其原因主要是由于面波发育的前提是在软土中，在弹性体中面波探测要求偏移距小，对应的探测深度也小，而且，在墙体中产生的面波频率必定很高，多模式波均会出现，这些机理均还未被人们认识清楚，在这种状况下反演的结果是不可靠的。
综上所述，弹性波类方法（主要是体波）因墙体与其周围介质波速差异大，方法前提又只需界面物性参数差异，受体积影响小，因而具有较好的效果。电磁法和电磁波类方法中只有ｃｓａｍｔ法以其独有的特点克服了该类方法中的近场、地形、屏蔽、体积效应等诸多不利因素而取得了很好的检测效果，应用于防渗墙质量检测非常成功。因此，我们提出以ｃｓａｍｔ法为主，高密度多波列地震影像法（或垂直反射法）为辅的堤防防渗墙质量无损检测技术方案。
六、检测结果综合分析与评价
针对每种方法的检测结果，本文已在前面作了详细的分析评价，现只对纳入无损检测方案中的三种方法的结果作一综合对比分析。表３是可控源音频大地电磁测深（ｃｓａｍｔ）法、高密度多波列地震影像法和垂直声波反射法三种方法检测到的异常统计表。
表３的检测结果对比分析表明，本文提出的以ｃｓａｍｔ法为主，高密度多波列地震影像法（或垂直反射法）为辅的堤防防渗墙质量无损检测技术方案是可行和有效的。
七、结束语
堤防防渗墙质量无损检测试验研究工作历时一年。在有关单位的通力合作和项目组全体成员的共同努力下，试验研究工作已经顺利完成。后期的钻孔验证结果充分证明，本次试验研究工作完全达到了预期目标。经过长达一年多的深入研究和反复试验，本项研究取得了如下主要成果：
（１）通过本次试验，基本上了解了上述各种方法在长江堤防防渗墙无损检测工作中的应用效果；对几种目前认为效果不理想的方法，分析了其软、硬件和方法原理上存在的一些缺陷，为下一步对这些方法的完
（２）确定了以ｃｓａｍｔ法为主，高密度多波列地震影像法或垂直反射法为辅的无损检测技术方案，并利用钻探方法验证和肯定了该方案在堤防防渗墙检测与评价中的可行性和有效性。该检测技术方案不仅能在堤防防渗墙质量无损检测中发挥重要作用，而且可推广到国内其他大中型水利工程和岩土工程的防渗墙质量检测中。
（３）改进和完善了自研设备ｌｘｉｉ型岩土工程质量检测分析仪的软、硬件系统，并研制了ｃｓａｍｔ法处理与成像软件，完善了进口设备ｇｄｐ－３２的功能。
诚然，由于时间和经费所限，本次试验中还有很多工作需要进一步研究深化。因此，提出如下几点建议：
（１）建议尽快将本项研究成果推广应用到长江堤防已建和在建防渗墙质量无损检测工作中去，从而使检测工作更加全面、经济、快速、安全可靠。
（２）建议给予一定资金，尽快启动“双频多普勒相控阵探地雷达”第二阶段的研究工作，使之尽快转化为生产力，早日为堤防防渗墙质量无损检测和国民经济建设服务。
（３）建议进一步深入开展地质雷达法、高密度电法、瞬态瑞雷面波法和井中电磁波ｃｔ法在堤防防渗墙质量无损检测工作中的有效性试验研究，便于对上述方法在长江堤防隐蔽工程质量无损检测工作中的作用予以定论。
作者单位：武汉创新工程地球物理高科技发展有限公司
参考文献
１肖柏勋．长江重要堤防隐蔽工程质量无损检测试验研究立项申请报告．２０００．
２何继善等编译．可控源音频大地电磁法．长沙中南工业大学出版社１９８９．相
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