浅析探地雷达检测渠道混凝土厚度的方法及应用

郝放

（河南省水利科学研究院，河南 郑州 450003）

浅析探地雷达检测渠道混凝土厚度的方法及应用

郝放

（河南省水利科学研究院，河南 郑州 450003）

目前，河南省灌区渠道一般采用混凝土防渗面板，由于施工水平的影响，混凝土防渗面板的厚度难以控制，进而对灌区渠道的防渗产生了影响，渠道战线长，如何检测其混凝土面板的厚度是个值得研究的课题，本文介绍了探地雷达检测混凝土厚度的基本原理和方法，并结合实际工程进行了应用，结果表明，探地雷达检测技术检测效率高，尤其对较薄的混凝土面板具有很高的分辨率，在实际工程中能够很好地推广应用。

混凝土；渠道；探地雷达；检测

河南省是农业大省，大中型水利灌区在粮食生产上发挥了重要的作用，目前，在灌区上所采用的防渗措施是在渠道迎水面铺设8～12cm的混凝土，由于受施工场地、施工水平等的影响，会产生局部厚度不满足设计要求等的情况，影响工程的质量，怎样发现这些质量缺陷是个值得探讨的问题，目前常用的方法是钻取芯样或者手工测量，这些方法效率低、精度差，而且试验的点数少、不具有代表性，而探地雷达以其快速、高效、连续、无损等特点逐渐得到了应用。现已广泛地应用于岩土工程勘察、建筑及水利工程结构无损检测、城市地下管网等诸多领域，并取得了显著的社会经济效益[1]。

1 检测原理

探地雷达是利用高频电磁脉冲波的反射原理来实现探测目的，电磁波在介质中传播时，其路径、电磁波强度与波形将随通过介质的电性质与几何形态不同而变化。因此，根据接收波的时间，幅度与波形等资料，可进行快速高效地探测[2]。探地雷达检测技术的分辨率高，可以精确到厘米，同时它在检测过程中是进行“CT”似的扫描，具有无损性。

从几何形态看，地下存在的孔洞及管线等的异常体可认为是点状体，而裂隙及层间脱空等缺陷是以面状体存在的，由于二者的不同，在雷达图像上反映的特征也不同，点状体特征为双曲线反射弧，面状体反射呈线状反射。我们可通过反射波振幅来判断异常区的特征，异常区的位置可通过反射波走时确定，见公式（1）。

式中：h为异常部位的深度；t为从发射到接收的历时；x为接收发射天线之间的距离；v为电磁波在介质中的传播速度，其计算公式见公式（2）；c为电磁波在空气中传播的速度；εr为介电常数，不同的材质有不同的介电常数，具体可查得。当发射和接收天线沿物体表面逐点同步移动时，其内部介质剖面图像就可在探地雷达主机上显示出来[3]。

2 检测方法

探地雷达的测试方法主要有剖面法、宽角法和透射法3种。

2.1 剖面法。它是一种最常见的探测方式，如图1所示。T为发射天线，R为接收天线，二者以固定间距沿测线移动进行测量。剖面法的测量结果可以用探地雷达时间剖面图像表示。通过标记天线在地表的位置，可以换算成地质剖面的深度。

图1 剖面法测试原理示意图

图2 宽角法确定波速示意图

2.2 宽角法。宽角法主要应用于地下介质相对均匀并且反射界面近于水平的结构，测试时，反向等距移动发射天线和接收天线，同时保持两天线中心点位置不变，如图2所示。

2.3 透射法。主要用于古建筑物、桥梁等状态检测。

3 检测应用

陆浑灌区位于河南省西部，设计灌溉面积134.24万亩，跨黄河、淮河两大流域，受益范围为洛阳市嵩县、伊川县、汝阳县、偃师市和平顶山市的汝州市及郑州市的巩义市、荥阳市共3个市7个县，总人口151.06万人，其中农业人口131.58万人。

陆浑灌区的主要供水水源是陆浑水库，灌区兴建于1970年，1974年开始通水，陆浑灌区现有总干渠1条、干渠4条，长277.8 km；支渠49条，长232.3 km；干支渠系建筑物2 098座。至今已累计供水63亿m3，开灌以来，灌区的粮食产量由300 kg/亩提高到500 kg/亩。

3.1 检测内容。依据《水利水电工程物探规范》（SL326-2005）及河南省陆浑灌区续建配套与节水改造项目工程项目设计施工图纸进行检测，主要检测陆浑灌区渠道防渗面板厚度、结构物内部是否存在孔洞与脱空、异常与隐患等。

3.2 检测仪器及测量参数的选择。本次检测采用美国地球物理公司生产的SIR-3000型彩显探地雷达系统。配备1500Hz探地雷达天线，检测前，首先对探测距离与分辨率是这两个两个重要的技术指标进行选择，由于这两个指标受天线的中心频率的影响，因此需要根据具体的检测情况正确选择天线频率，灌区渠道的混凝土防渗面板设计值为10 cm，厚度较薄，因此选择的天线频率高，这样可提高探地雷达分辨率，同时减小探测距离。

3.3 检测资料处理。结合测区已知的地质资料，综合应用探地雷达波的动力学特征和渠道回填层及混凝土、空隙的电阻率和介电常数的差异，对现场收集的数据处理后的雷达图像进行详细、系统的分析、解释，以获得整个测区的最终成果。由于陆浑灌区渠道长，检测数据多，本文简要选取探地雷达检测的图像来说明检测渠道混凝土防渗面板的浇注质量的有效性。具体图像见图3。

表 1 实体厚度检测成果表

图 3 坝体上游防渗面板雷达图像

图3为从总干渠43+400～43+900中抽取的探地雷达检测图像，检测部位为沿着渠线中部，采用1500MHZ天线，从图可见，混凝土结构层浇注均匀。防渗面板的厚度符合规范规定。

4 结语

本文以陆浑灌区渠道防渗面板的检测为例，介绍了探地雷达在水利工程检测中的应用，实践表明，探地雷达检测是一种操作简便的方法，对渠道的结构无破坏；能够获得连续的图像剖面，具有代表性；检测结果直观明了，误差较小，故在实际工程中应大力推广应用。由于探地雷达专业性较强，在检测过程中如果发现有疑问的位置无法判定的时候，可以结合钻芯取样的方法进行综合判断。

[1]郭秀军，罗辉，王淼，等.大型渠道混凝土衬砌缺陷GPR无损检测研究[J].南水北调与水利科技，2009（6）.

[2]张盟.渠道混凝土衬砌GPR检测剖面图像处理及识别方法研究[J].中国海洋大学，2010.

[3]郭亮，李俊才，张志铖.地质雷达空洞探测机理研究及其在隧道应用实例分析[J].建筑科学，2011（5）.

TV544

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1671-0037（2014）12-106-2

郝放（1973.4-），男，工程师，研究方向：探地雷达检测推广和应用。