探地雷达在水工衬砌混凝土缺陷检测中的运用

　　摘    要：　无损检测作为保证混凝土结构安全的关键技术，越来越引起工程技术人员的高度重视。文章以水工衬砌混凝土为例，通过对探地雷达无损检测技术特点及其工作原理的分析，应用探地雷达法测试和标识衬砌混凝土内部缺陷、内置钢筋分布、混凝土厚度，并将检测结果与钻芯法对比分析，以识别探地雷达法检测的偏差程度和精确度。研究表明：探地雷达法能够满足工程质量控制要求，检测结果具有较高的精准度和可信度，对工程检测具有较强可行性和有效性。

　　关键词 :     无损检测;混凝土缺陷;探地雷达法;钻芯法;

　　Abstract：　As a key technology to ensure the safety of concrete structures, nondestructive testing has attracted more and more attention from engineers and technicians. Based on the hydraulic lining concrete as an example, by means of the analysis of characteristics of ground penetrating radar(GPR) and working principle of the nondestructive testing technology, this paper applied the ground penetrating radar(GPR) technique to test and identification of lining concrete internal defects built-in reinforced concrete thickness distribution, and to compare the test results with the method of core analysis, so as to identify the ground penetrating radar(GPR) method to detect the deviation degree and accuracy. The research shows that the GPR method can meet the requirements of engineering quality control, and the detection results have high accuracy and reliability, and has strong feasibility and effectiveness for engineering detection.

　　Keyword：　nondestructive testing; concrete defect; ground penetrating radar; core drilling method;

　　1974年，在土木工程领域国外最先应用了一种地下物无损探测技术，即探地雷达无损检测，该技术于1990s初被引入国内，至今已经历40多年的发展[1]。目前，探地雷达在采矿、电力、水文、地质、环境、公路、铁路、建筑、考古和市政等工程建设领域的应用日趋广泛[2。近年来，在岩土、混凝土内部缺陷或隐蔽物探测等领域的应用也日渐广泛，如涵闸底板或水库钢筋布置、内部积水、掏空以及混凝土振捣不实、脱空、内部布筋、线缆分布等。如董延朋应用探地雷达法检测混凝土质量，从而更加全面的了解水库溢洪道泄槽陡坡施工质量，有效解决了破坏性检测的盲目性和片面性；邓中俊等以水工隧洞为例，应用探地雷达法识别了围岩的空洞及破碎、围岩与衬砌间的脱空、隧洞的空洞与不密实等，为水工隧洞质量检测中探地雷达法的应用提供技术支持。

　　为准确识别探地雷达法的偏差程度及检测精度，进一步分析混凝土内部缺陷检测时探地雷达法的可行性，文章应用探地雷达法测试与识别某水工隧洞衬砌混凝土的内部缺陷、内置钢筋分布、混凝土厚度等目标，在此基础上分析监测数据偏差程度、精确度以及引起误差的原因，可为水利工程检测领域中探地雷达法的应用提供一定指导。

　　1、 探地雷达工作原理

　　1.1、 技术特点

　　探地雷达法作为一种新型物探、检测手段，凭借其高精度、高效率、连续和无损等优势适于大范围连续作业。设备本身具有防爆、防震、防水、轻质便携等特点，对处于恶劣环境下的结构质量检测具有明显优势。根据被测物特性可以一次扫描完成，也可现场快捷、方便的更换天线，通过对不同频率图像的采集便于后期互校和对比，图像直观、精准度高，能够在很大程度上确保数据检测精度。

　　1.2、 原理分析

　　探地雷达是利用有耗介质中电磁波的传播特性，以短脉冲宽频带的方式向介质内发射高频电磁波，遇不均匀界面时发生反射，通过图像解译和处理主机所接受到的反射信号，从而实现隐蔽目标物识别的目的，其中相对介电常数决定了电磁波反射系数。

　　由于特定介质中电磁波的传播速度保持不变，利用下式和记录的反射波时间差△T可以计算出异常处的埋深H,其表达式为：

　　H=V△T/2 (1)

　　式中：V为地下介质中电磁波的传播速度，可以利用公式V=C/ε√确定；其中，C为大气中电磁波的传播速度，取3×108m/s; ε为相对介电常数。

　　2、 试验检测

　　2.1 、试验目的

　　文章以某输水隧洞工程为例，试验中利用RIS-K2型探地雷达配备600/1600MHz混凝土检测天线阵，对衬砌混凝土实体内部缺陷、钢筋分布定位及混凝土厚度的偏差原因、精准度进行验证与分析。

　　2.2、 检测结果

　　2.2.1 、内部缺陷分析

　　衬砌混凝土不密实区，见图1。对衬砌混凝土的内部缺陷先用探地雷达法测试定标如图1(a),再用钻芯法取芯进行实际监测如图1(b)。结果显示，距离表面1-20cm处芯样存在不密实缺陷区1处，测试结果与探地雷达法保持一致，即对混凝土内部缺陷的识别探地雷达法具有较强适用性。

　　图1 衬砌混凝土不密实区

　　2.2.2 、衬砌混凝土厚度

　　随机选择某一隧洞断面，先后应用探地雷达法和钻芯法测试衬砌混凝土的厚度，并对比分析两种方法的检测数据，衬砌混凝土测试厚度，见图2。结果显示，探地雷达法和钻芯法的检测数据为545mm、610mm, 两者的偏差率为10.66%,衬砌混凝土厚度检测值，见表1。

　　图2 衬砌混凝土测试厚度

　　表1 衬砌混凝土厚度检测值

　　由表1可知，钻芯法与探地雷达法检测的混凝土厚度存在一定偏差，引起此偏差的原因有技术人员解译图像和设备自身所引起的偏差、混凝土介质不均匀度引起的波速和介质常数的偏差，以及钻芯法测试点与雷达波传输线在岩面的反射点，因基岩表面凸凹不平而存在的偏差。

　　2.2.3、 内部钢筋分布

　　现场随机选取1#位置(测线长1.5m)、2#位置(测线长1.2m)的两处桩号，对衬砌混凝土钢筋保护层厚度、钢筋间距及其内部钢筋根数3个参数利用探地雷达法测试，为了验证检测精度再用凿槽法实测。结果显示，凿槽法和探地雷达法检测的钢筋根数保持一致，钢筋间距存在一定的偏差，钢筋间距偏差处于0.1-0.8cm之间，偏差率达到0.7%-7.4%。衬砌混凝土中钢筋分布检测值，见表2。

　　表2 衬砌混凝土中钢筋分布检测值

　　凿槽法和探地雷达法测试的钢筋保护层厚度偏差率为0.5-5.2%,厚度偏差处于0.1-0.8cm之间，钢筋保护层厚度检测值，见表3。

　　表3 钢筋保护层厚度检测值

　　根据相关资料和试验结果，深入分析了凿槽法和探地雷达法测试钢筋保护层厚度、钢筋间距偏差的原因，具体包括：①混凝土表面与钢筋轴心线不平行，即同一钢筋不同截面的埋深存在差异，或者钢筋埋深远远大于常规设计值10-50mm; ②相邻钢筋的同向走向并不平行；③凿槽法测点与钢筋表面的反射点，在以上因素作用下不一致；④技术人员解译图像或设备自身引起的偏差。

　　3、 结 语

　　文章对某水工输水隧洞的衬砌混凝土分别利用钻芯法和探地雷达法进行检测，主要结论如下：

　　1)对水工输水隧洞衬砌混凝土保护层厚度、钢筋分布、钢筋数量、内部缺陷、混凝土厚度等参数利用探地雷达法检测，具有可信度高、精度高、科学准确等特点，能够符合水工输水隧洞质量控制要求。

　　2)探地雷达法具有检测快捷、无损、作业环境要求低等特点，对复杂环境条件下大型异构混凝土隐蔽物探测具有明显优势。探地雷达法作为定性检测隐蔽性缺陷技术，现已广泛应用于多个领域，未来仍需进一步深入研究缺陷程度。

　　参考文献

　　[1]徐茂辉,赖恒,谢慧才.探地雷达在混凝土板钢筋检测中的应用[J]无损检测, 2004,26(01):30-33.

　　[2]胡钢探地雷达在混凝土无损检测中的比对研究[J].土工基础, 2013,27(06)-:122-125.