南水北调北京西四环暗涵六标段混凝土检测

□邢金海 □吕志栋 □白瑞林（河南省人民胜利渠管理局）

1 工程概况

南水北调北京西四环暗涵是穿越北京城区的大型建筑物，上接卢沟桥暗渠，下接团城湖明渠，全长12.64 km，是南水北调中线总干渠末端的控制性工程。

本标段为第六标段，起点桩号为左线8+139.51，右线8+152.96；终点桩号为左线8+900.40，右线8+912.30。全长760.12m，本标段工程分为竖井及廊道、暗涵两部分。

暗涵结构形式为复合衬砌结构。超前支护采用超前小导管注浆加固，初期支护为格栅钢架+喷射混凝土结构，结构厚度300 mm，混凝土强度等级C30；二次衬砌为模筑钢筋混凝土结构，结构厚度300 mm，混凝土强度等级C30、抗渗等级S8防水混凝土。初期支护与二次衬砌之间设置防水夹层，防水材料为ECB/EVA防水复合板+无纺布。初期支护施工完毕及二次衬砌施工完成后，进行背后回填灌浆，进行初期支护与岩层以及初期支护与二次衬砌之间的空隙填充。

本次检测的暗涵六标段中的7仓混凝土分别为：左线上游主洞衬砌8+259.51—8+269.51、左线下游主洞衬砌8+670.40—9+660.40、右线下游主洞衬砌8+892.30—8+882.30、右线下游主洞衬砌8+852.30—8+842.30、右线下游主洞衬砌8+742.30—8+732.30、右线上游主洞衬砌8+282.96—8+292.96、左线下游主洞衬砌8+570.40—8+560.40。

此次检测依据《混凝土坝养护修理规程》（SL230－98）和《水工混凝土试验规程》（DL/T5150-2001）。

2 检测项目及方法

2.1 仪器设备

检测中使用的仪器设备有中型回弹仪、SIR－2000型探地雷达仪。

2.2 混凝土强度的检测

混凝土强度是衡量混凝土质量的一个重要参数，通过对混凝土强度的检测，可为正确评估混凝土结构物的安全和稳定提供可靠依据。

混凝土强度的检测可分为无损和有损两类。回弹法是目前最普遍使用的混凝土强度无损检测方法，通过测定某些与混凝土抗压强度具有一定相关关系的物理参量来推定混凝土的强度。回弹仪是回弹法检测混凝土抗压强度的仪器，常见的有重型回弹仪和中型回弹仪两种类型。本次检测依据《水工混凝土试验规程》（DL/T5150—2001）的规定，采用中型回弹仪对衬砌混凝土的强度进行检测，并根据检测的结果对混凝土的强度和均匀性进行评定。

2.3 混凝土探地雷达检测

2.3.1 探地雷达仪器

本次检测采用美国地球物理勘探仪器设备公司（GSSI公司）生产的SIR-2000型探地雷达仪，根据探测目的，选用天线频率为900MHz、400MHz，采用连续测量的工作方式。雷达探测透视扫描的所有记录数据，在现场转储在计算机硬盘上，对数据进行初步处理，室内用计算机进行详细处理。数据与资料的处理基本可分为两个阶段：一是对记录图像进行巡视，然后会诊、查证、确认标志层与异常，确定详细处理的有关参数和使用程序。二是用雷达专用软件RADAN3.0V和图像处理软件等对现场采集的数据进行正式处理，打印出图。

2.3.2 探地雷达探测基本原理

探地雷达利用高频电磁脉冲波的反射原理来实现探测目的，其反射脉冲信号的强度不仅与传播介质的波吸收程度有关，而且也与被穿透介质界面的波反射系数有关，垂直界面入射的反射系数R的模值和幅角，可用下式表示：

式中：a=μ2/μ1

μ,ε,σ分别为介质的导磁系数、相对介电常数和电导率,角标1和2分别代表入射介质和透射介质。

上式可看出，反射系数与界面两边介质的电磁性质和频率ω=（2πf）有关。两边介质的电磁参数差别大者，反射系数也大，同样反射波的能量亦大。

探地雷达利用主频为数十兆赫（MHz）至千兆赫波段的电磁波，以宽频带短脉冲形式，由地面通过天线发射器（T）发送至地下，经地下目的体或地层的界面反射后返回地面，为雷达天线接收器（R）接受，其工作原理如图1所示。

图1 探地雷达工作原理示意图

式中∶t—脉冲波走时(ns，1ns=10-9s),Z—反射体深度（m）,X—T与R 的距离（m），V—雷达脉冲波速（m/ns）

3 混凝土强度的检测

衬砌混凝土强度采用回弹法检测，共检测了7仓混凝土的强度，沿水流方向，每仓布置3个回弹检测断面，每个检测断面左右边分别布置了1个测区，每仓共布置了6个测区。每仓的回弹检测成果及其推定强度如表1所示。

脉冲波的行程为：

表1 混凝土回弹检测结果表

4 混凝土衬砌的雷达检测

探地雷达通过连续发射电磁波可对隧洞混凝土衬砌进行连续扫描，探测混凝土的厚度、浇筑的均匀性，以及内部有无较大的空洞等，从而可比较全面地反映探测区域的混凝土质量。

4.1 雷达测线布置

根据现场情况和业主要求，在指定各仓混凝土衬砌段，采用如图2所示的布线方式布置探地雷达测线，测线总长140 m，检测混凝土衬砌的密实度及内部缺陷情况。

图2 探地雷达测线布置图

4.2 雷达外业技术设计

根据探测目的及隧洞衬砌混凝土的实际情况，分别选用了400MHz和900MHz天线，部分测线进行了两种天线的对比试验，采用连续测量工作方式，每2m或1.50m打一测量标记，现场进行数据采集参数选取的试验工作，确定增益、滤波等参数，确定每秒钟扫描次数为64次，400 MHz天线采集窗口长度为50 ns和 60 ns（纳秒），带通滤波为 100～1000 MHz；900 MHz天线采集窗口长度为30 ns（纳秒），带通滤波为300～1800 MHz，采用4点增益自动调整。

4.3 探测成果

由探地雷达检测结果可知，检测部位的混凝土衬砌厚度均匀，浇筑均匀密实，钢筋分布均匀，钢筋保护层厚度均匀。在测线范围内未发现混凝土不密实、疏松和钢筋稀少的现象，混凝土浇筑质量较好。

5 检测结论

通过对北京西四环暗涵六标段指定的7仓混凝土衬砌现场检测和检测成果分析，得出以下结论：

从应用回弹法检测的混凝土推定强度结果中可以看出，各仓的混凝土回弹推定强度均＞40 MPa，都能满足C30的设计要求，测得的混凝土回弹值离散性较小，说明混凝土浇筑质量均匀性较好。

由探地雷达检测结果可知，检测部位的混凝土衬砌厚度均匀，浇筑均匀密实，钢筋分布均匀，钢筋保护层厚度均匀，混凝土浇筑比较均匀，质量较好，在测线范围内没有发现混凝土不密实和脱空的现象。