郝放

（河南省水利科學(xué)研究院，河南 鄭州 450003）

淺析探地雷達(dá)檢測渠道混凝土厚度的方法及應(yīng)用

郝放

（河南省水利科學(xué)研究院，河南 鄭州 450003）

目前，河南省灌區(qū)渠道一般采用混凝土防滲面板，由于施工水平的影響，混凝土防滲面板的厚度難以控制，進(jìn)而對灌區(qū)渠道的防滲產(chǎn)生了影響，渠道戰(zhàn)線長，如何檢測其混凝土面板的厚度是個值得研究的課題，本文介紹了探地雷達(dá)檢測混凝土厚度的基本原理和方法，并結(jié)合實際工程進(jìn)行了應(yīng)用，結(jié)果表明，探地雷達(dá)檢測技術(shù)檢測效率高，尤其對較薄的混凝土面板具有很高的分辨率，在實際工程中能夠很好地推廣應(yīng)用。

混凝土；渠道；探地雷達(dá)；檢測

河南省是農(nóng)業(yè)大省，大中型水利灌區(qū)在糧食生產(chǎn)上發(fā)揮了重要的作用，目前，在灌區(qū)上所采用的防滲措施是在渠道迎水面鋪設(shè)8～12cm的混凝土，由于受施工場地、施工水平等的影響，會產(chǎn)生局部厚度不滿足設(shè)計要求等的情況，影響工程的質(zhì)量，怎樣發(fā)現(xiàn)這些質(zhì)量缺陷是個值得探討的問題，目前常用的方法是鉆取芯樣或者手工測量，這些方法效率低、精度差，而且試驗的點數(shù)少、不具有代表性，而探地雷達(dá)以其快速、高效、連續(xù)、無損等特點逐漸得到了應(yīng)用?，F(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于巖土工程勘察、建筑及水利工程結(jié)構(gòu)無損檢測、城市地下管網(wǎng)等諸多領(lǐng)域，并取得了顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益[1]。

1 檢測原理

探地雷達(dá)是利用高頻電磁脈沖波的反射原理來實現(xiàn)探測目的，電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁波強(qiáng)度與波形將隨通過介質(zhì)的電性質(zhì)與幾何形態(tài)不同而變化。因此，根據(jù)接收波的時間，幅度與波形等資料，可進(jìn)行快速高效地探測[2]。探地雷達(dá)檢測技術(shù)的分辨率高，可以精確到厘米，同時它在檢測過程中是進(jìn)行“CT”似的掃描，具有無損性。

從幾何形態(tài)看，地下存在的孔洞及管線等的異常體可認(rèn)為是點狀體，而裂隙及層間脫空等缺陷是以面狀體存在的，由于二者的不同，在雷達(dá)圖像上反映的特征也不同，點狀體特征為雙曲線反射弧，面狀體反射呈線狀反射。我們可通過反射波振幅來判斷異常區(qū)的特征，異常區(qū)的位置可通過反射波走時確定，見公式（1）。

式中：h為異常部位的深度；t為從發(fā)射到接收的歷時；x為接收發(fā)射天線之間的距離；v為電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，其計算公式見公式（2）；c為電磁波在空氣中傳播的速度；εr為介電常數(shù)，不同的材質(zhì)有不同的介電常數(shù)，具體可查得。當(dāng)發(fā)射和接收天線沿物體表面逐點同步移動時，其內(nèi)部介質(zhì)剖面圖像就可在探地雷達(dá)主機(jī)上顯示出來[3]。

2 檢測方法

探地雷達(dá)的測試方法主要有剖面法、寬角法和透射法3種。

2.1 剖面法。它是一種最常見的探測方式，如圖1所示。T為發(fā)射天線，R為接收天線，二者以固定間距沿測線移動進(jìn)行測量。剖面法的測量結(jié)果可以用探地雷達(dá)時間剖面圖像表示。通過標(biāo)記天線在地表的位置，可以換算成地質(zhì)剖面的深度。

圖1 剖面法測試原理示意圖

圖2 寬角法確定波速示意圖

2.2 寬角法。寬角法主要應(yīng)用于地下介質(zhì)相對均勻并且反射界面近于水平的結(jié)構(gòu)，測試時，反向等距移動發(fā)射天線和接收天線，同時保持兩天線中心點位置不變，如圖2所示。

2.3 透射法。主要用于古建筑物、橋梁等狀態(tài)檢測。

3 檢測應(yīng)用

陸渾灌區(qū)位于河南省西部，設(shè)計灌溉面積134.24萬畝，跨黃河、淮河兩大流域，受益范圍為洛陽市嵩縣、伊川縣、汝陽縣、偃師市和平頂山市的汝州市及鄭州市的鞏義市、滎陽市共3個市7個縣，總?cè)丝?51.06萬人，其中農(nóng)業(yè)人口131.58萬人。

陸渾灌區(qū)的主要供水水源是陸渾水庫，灌區(qū)興建于1970年，1974年開始通水，陸渾灌區(qū)現(xiàn)有總干渠1條、干渠4條，長277.8 km；支渠49條，長232.3 km；干支渠系建筑物2 098座。至今已累計供水63億m3，開灌以來，灌區(qū)的糧食產(chǎn)量由300 kg/畝提高到500 kg/畝。

3.1 檢測內(nèi)容。依據(jù)《水利水電工程物探規(guī)范》（SL326-2005）及河南省陸渾灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項目工程項目設(shè)計施工圖紙進(jìn)行檢測，主要檢測陸渾灌區(qū)渠道防滲面板厚度、結(jié)構(gòu)物內(nèi)部是否存在孔洞與脫空、異常與隱患等。

3.2 檢測儀器及測量參數(shù)的選擇。本次檢測采用美國地球物理公司生產(chǎn)的SIR-3000型彩顯探地雷達(dá)系統(tǒng)。配備1500Hz探地雷達(dá)天線，檢測前，首先對探測距離與分辨率是這兩個兩個重要的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行選擇，由于這兩個指標(biāo)受天線的中心頻率的影響，因此需要根據(jù)具體的檢測情況正確選擇天線頻率，灌區(qū)渠道的混凝土防滲面板設(shè)計值為10 cm，厚度較薄，因此選擇的天線頻率高，這樣可提高探地雷達(dá)分辨率，同時減小探測距離。

3.3 檢測資料處理。結(jié)合測區(qū)已知的地質(zhì)資料，綜合應(yīng)用探地雷達(dá)波的動力學(xué)特征和渠道回填層及混凝土、空隙的電阻率和介電常數(shù)的差異，對現(xiàn)場收集的數(shù)據(jù)處理后的雷達(dá)圖像進(jìn)行詳細(xì)、系統(tǒng)的分析、解釋，以獲得整個測區(qū)的最終成果。由于陸渾灌區(qū)渠道長，檢測數(shù)據(jù)多，本文簡要選取探地雷達(dá)檢測的圖像來說明檢測渠道混凝土防滲面板的澆注質(zhì)量的有效性。具體圖像見圖3。

表 1 實體厚度檢測成果表

圖 3 壩體上游防滲面板雷達(dá)圖像

圖3為從總干渠43+400～43+900中抽取的探地雷達(dá)檢測圖像，檢測部位為沿著渠線中部，采用1500MHZ天線，從圖可見，混凝土結(jié)構(gòu)層澆注均勻。防滲面板的厚度符合規(guī)范規(guī)定。

4 結(jié)語

本文以陸渾灌區(qū)渠道防滲面板的檢測為例，介紹了探地雷達(dá)在水利工程檢測中的應(yīng)用，實踐表明，探地雷達(dá)檢測是一種操作簡便的方法，對渠道的結(jié)構(gòu)無破壞；能夠獲得連續(xù)的圖像剖面，具有代表性；檢測結(jié)果直觀明了，誤差較小，故在實際工程中應(yīng)大力推廣應(yīng)用。由于探地雷達(dá)專業(yè)性較強(qiáng)，在檢測過程中如果發(fā)現(xiàn)有疑問的位置無法判定的時候，可以結(jié)合鉆芯取樣的方法進(jìn)行綜合判斷。

[1]郭秀軍，羅輝，王淼，等.大型渠道混凝土襯砌缺陷GPR無損檢測研究[J].南水北調(diào)與水利科技，2009（6）.

[2]張盟.渠道混凝土襯砌GPR檢測剖面圖像處理及識別方法研究[J].中國海洋大學(xué)，2010.

[3]郭亮，李俊才，張志鋮.地質(zhì)雷達(dá)空洞探測機(jī)理研究及其在隧道應(yīng)用實例分析[J].建筑科學(xué)，2011（5）.

TV544

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1671-0037（2014）12-106-2

郝放（1973.4-），男，工程師，研究方向：探地雷達(dá)檢測推廣和應(yīng)用。