探地雷达技术在混凝土渠道渗漏检测中的应用

◎ 李熊凯 中交四航局第二工程有限公司

目前，探地雷达技术作为一种物探手段，因其快速、连续性、无破坏性、可视化等优点，广泛应用于工程地质勘察、地质灾害调查、资源勘探和工程质量检测领域。探地雷达技术在多个领域内的应用日趋成熟，尤其是判别标准的确定、漏报误报的控制等方面有了越来越多成熟的方法，应用的效果越来越好。虽然在混凝土渠道渗漏检测领域，探地雷达技术的应用方兴未艾，但已经具备了很强的理论基础。

沙特吉赞JIGCC取排水项目位于沙特吉赞经济城内，是一个涵盖水利、道路、桥梁、桩基、房建、地基加固、机电、仪控、通信、市政管道、海底HDPE管等多个专业的大型综合性的EPC项目，本项目中，地上混凝土渠道总里程长度约9.3公里，渠道两侧均需使用砂土进行墙后回填，并有地下管线、维护道路等附属工程。本工程引进探地雷达技术，对混凝土渠道渗漏情况进行了检测，证明了此方法是准确高效的，能够提供可靠的检测结果，消除工程隐患，确保工程质量。

1.工作原理

探地雷达的工作原理在于通过发射天线，将高频电磁波以定向脉冲的形式向地下发射。电磁波传播于砂土介质中，回填区干砂与渗点处湿砂介电常数的不相同，使得二者之间形成分界面，电磁波传播至这些分界面时，一部分电磁波会反射回地面被设备天线所接收，叠加成异常信号，使用电脑软件对反射回来的电磁波进行编译，可生成可视化信号图像，直观地获知渗点深度及对应的测线里程。

2.设备选型

对于探地雷达设备的选型，最关键的指标为探测深度和信号分辨率，雷达频率越低其探测深度越深，但其信号分辨率越低。JIGCC项目渠道侧墙覆土深度最深达至7m，经对200MHz、170MHz、100MHz三类雷达设备性能的现场测试，最终选出探测深度及信号分辨率均能满足要求的MALA X3M 100MHz型号探地雷达。

3.波速的确定

波速的确定及验证，是探地雷达渗漏检测技术中的关键环节，准确的波速关联着雷达实际探测深度，影响着设备的选型，因此需对已知埋深的物体进行探测，通过分析反射信号，确定电磁波速实际波速。经过钢筋混凝土箱涵和地下水界面反射测试，在本项目回填土中，电磁波速为0.14m/ns。

4.模拟试验及渗漏点信号特征分析

为了验证设备渗漏点的识别能力，同时收集渗漏点信号的特征作为一种判别依据，选取了一处无地下管线冲突的区域进行渗漏模拟试验。测试路线长15m，布置4个测试点，其间距为1m，在测试点出插入PVC管，用于向土中灌水。

采集灌水前、后的模拟试验数据，可发现较之灌水前信号，测试点位置出现集中的异常信号，其特征为同相轴较连续，波形较为均一，且幅值强，出现多次信号。现场钻孔取芯结果证明了异常信号位置出现明显渗水。

5.检测方法和判别标准

5.1 检测方法

检测方式主要有点测法和轮测法。点测法对路面平整度要求低，可兼容多种地况，但是设备挪动困难，需人工输入测线长度，每隔20-30cm需设置里程桩，现场准备工作量大。轮测法操作灵活、设备轻便、现场准备工作量小，测试效率高，但仅限于平整路面，无法适用于复杂地况。结合本项目特点，检测路径位于沥青路面之上，因此选用轮测法进行，大大提高了数据采集的工作效率。

采用轮测法采集放水前的基准雷达信号、放水后30天的雷达信号，对照两次数据在不同时间内的差异，并结合现场随机抽样验证，找出渗水位置。

5.2 判定渗漏的标准

首先，将所有异常信号与模拟试验漏点信号特征进行比对，同时与现场混凝土渠墙体钢筋、地下电缆等金属物体、路灯、高压线等干扰项的位置相结合，进行初步筛选和排除；然后，再按照以下方式找出渠道渗漏部位：

图1 检测信号

图2 路灯干扰信号和车辆干扰信号

（1）异常信号在结构缝附近。本工程中混凝土渠每隔42m设置一道伸缩缝，渠道与排水池、泄湖、消能池等其他结构物之间设置有沉降缝，若异常信号出现在结构缝附近，则判定该结构缝渗漏。

（2）异常信号离结构缝较远。对于异常信号出现在离结构缝较远的位置，若其信号特征非常明显，则判定其为漏点；若其信号特征并不非常明显，可对该位置再次进行局部的雷达检测，验证该信号特征是否为不确定干扰因素所引起的异常信号，如两次信号特征一致，则判定其为漏点。

6.检测应用

采集渠道通水前、通水后30天CH200-CH300里程的雷达信号数据。如图1a所示，放水前图像显示该区域信号平稳，无金属结构物、强磁场结构物等引起的异常点。图1a与图1b进行比较，发现CH260里程处出现振幅较强的低频多次振荡信号，该类信号符合模拟实验所得的渗水信号基本特征，由于该里程处混凝土结构设有伸缩缝，则判定该伸缩缝发生渗漏。

随机选取三处判定为漏点的位置，钻孔取芯复核雷达检测结果。取芯土样显示，深层土中含有明显的积水，该土层深度与雷达渗水信号出现的里程、深度一致，证明探地雷达在本工程渗漏检测工作中的应用是有效的、成功的。

7.干扰信号特征分析

整理并分析现阶段已测数据，现场干扰项主要有已通电的路灯和驶入车辆的干扰，掌握这些雷达信号特征规律，有利于快速排除其他异常信号，缩小渗漏信号的范围。图2中出现几处周期性的圆弧状异常信号，为25m间距的灯杆电缆引起的干扰，另外，在CH1086里程点出现一个短促的异常信号，为车辆干扰信号。

干扰信号的特征表现在能量大小、空间距离和持续时间上，从图3可以清晰地发现，干扰信号的能量大小往往不同于其他里程位置的信号，路灯地干扰信号的距离间隔有明显的规律，驶入车辆的干扰信号，其持续时间明显较短。

8.结语

本项目引入探地雷达技术应用于混凝土渠的渗漏检测中，准确、快速、可靠地检测了混凝土渠道地渗漏情况，加快了工程进度，保证了工程质量。同时，证明了探地雷达技术是一项有效的渗漏检测手段，值得推广。

今后在推广探地雷达渗漏检测的过程中，应当大量收集、分析、对比和整理渗漏点异常信号和各类干扰信号的特征，目前信号特征的分析还停留在最直观的层面—时域特征和空间域特征，主要归结于能量大小、持续时间和空间位置三个参数，使得信号特征仅能作为判别的参考或初筛条件，应当进一步分析信号在频域和时频域的特征，如峰值频率、主要频带、峰值频率随时间的变化规律等，明确全面的渗漏点异常信号的识别阈值。

不同状态、不同类别的岩土体介电常数不同，要增强探地雷达技术在渗漏检测中的实用性，必须对各类岩土体渗漏点异常信号和干扰信号的信号特征进行分类整理，提高该项技术在各类地质情况下的适用性。