水工衬砌混凝土检测中探地雷达法的应用研究

2021-11-24邵帅

黑龙江水利科技 2021年11期

邵帅

(盘锦水务集团有限公司，辽宁盘锦 124010)

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)

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。

(a)滩地雷达法测试区 (b)钻芯法测试区

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。