沈捷 房殿榮 黃成 喬小琴

摘 要：在水工建筑運營過程中，隨著使用年限的不斷增加，結構會逐步老化，并損壞水工建設結構，為了保證結構安全，需要采用無損檢測技術對橋梁結構進行無損檢測。文章結合實際案例，對水利工程水工混凝土結構檢測中探地雷達圖像分析技術的應用進行了分析，準確地探明了防浪墻存在的缺陷，為防浪墻結構的維護和保養(yǎng)提供了參考數據。

關鍵詞：探地雷達 圖像分析技術 測線布置

1.工程概況

小浪底主壩壩頂上游側設有防浪墻，防浪墻全長為1501.34m，為鋼筋混凝土結構。防浪墻高出壩頂公路107cm，高出電纜溝蓋板面101cm，頂部寬度為47.5cm，墻體厚度為30cm，下部為一倒“T”型結構，底寬150cm，坐落在大壩心墻上。

2.檢測目的

由于壩體的不均勻沉降，而防浪墻的剛度相對較大，不能與壩體協(xié)同沉降與變形，防浪墻接縫處出現了拉開和壓碎的現象。

為了摸清防浪墻底部可能存在脫空缺陷的位置、范圍等信息，受黃河水利水電開發(fā)總公司委托，對防浪墻電纜溝下游側邊墻底部進行探地雷達檢測，以及對防浪墻底部、上游側堆石體底部進行對比檢測。

3.探地雷達檢測的原理

探地雷達技術是一種以上部介質和探測目標體之間的電性差異作為物理基礎，然后使用發(fā)射天線將高頻脈沖電磁波發(fā)送至地下，然后使用接收天線對地下各電性截面發(fā)射高頻脈沖電磁波進行接收，然后根據電磁波的強度、電磁波的傳播路徑、電磁波的波形幾何變化情況來分析通過介質的屬性，進而確定地下目標體。探地雷達檢測技術具有無損、探測效率高等優(yōu)點。具有良好的抗干擾能力和較高的分辨率。結合電磁場理論，電磁波在進行傳播時，會遇到各種類型的電性介質，并且在界面位置會出現折射和反射的情況，進而使電磁波的傳播方向發(fā)生變化。根據沿剖面同步接收天線（R）和移動發(fā)射天線，可以得到由反射記錄構成的雷達剖面。其同相軸分布和地下不同介點目標的形態(tài)、埋深等有比較大的聯系。

4.檢測方法和關鍵技術

4.1測線布置

根據本次檢測的任務，現場檢測工作共分為兩次開展：

（1）第一次現場檢測沿著壩體軸線方向上共布置3條測線：一條測線為電纜溝下游側邊墻（測線1），一條是防浪墻頂部（測線2），一條是防浪墻上游側堆石體（測線3），其中測線1與測線2是連續(xù)測量，測線3是以接縫點為中心的點測。

（2）第二次現場檢測沿著壩體軸線方向上共布置3條測線：一條測線為電纜溝下游側邊墻頂（測線4），一條是防浪墻頂部（測線5），一條是電纜溝下游側邊墻向下游側平移30cm處（測線6），測線4～6均為連續(xù)測量。

（3）本次檢測起始點為大壩防浪墻上樁號標識為D0+000處，用50米鋼卷尺丈量實際測線長度，每隔10m打一個標。測線1、4和6分別總長度為1200m，測線2和5包括128處接縫，其位置在實際測線上標注。測線3是根據墻頂接縫處出現拉開或壓碎現象較嚴重的部位進行點測，全段挑選了10處檢測點。

4.2資料處理和分析

本次雷達數據處理是采用GSSI公司提供的在WINDOWS界面下運行的WINRAD專用雷達數據處理軟件，界面簡潔易用，處理流程如下：原始數據→傳輸到計算機→原始數據編緝→水平均衡→校正零漂→反褶積或帶通濾波，背景干擾信號消除消→分析振幅和頻率，處理偏移繞射→進行增益處理→將剖面坐標樁號標出→將探地雷達檢測圖像剖面圖編輯和打印出來。

本次處理采用FIR帶通的方法，其低截頻率50～100Hz，高截頻率400～800Hz，對檢測到的干擾波進行壓制，在不損害有效波的前提下使干擾波得到有效去除。

根據防浪墻底部（測線2和5）檢測數據處理后的探地雷達典型剖面圖像，從探地雷達檢測剖面圖像特征分析，當天線檢測到墻頂接縫鋼板處時有微小的反應，墻頂混凝土層介質分布均勻，墻底混凝土層的分界面清晰，墻底的接縫在探地雷達檢測剖面圖中特征明顯，因此墻頂接縫處的鋼板對墻底脫空的檢測基本無影響。接縫良好的反射特征信號寬度窄，反射信號豎直方向上與周圍介質分解面明顯，沒有明顯的介質擾動信號特征出現，沒有較強的或突出的異常特征信號出現，此檢測剖面墻底接縫推斷為無脫空。

防浪墻底部（測線2和5）接縫處電磁波反射信號強烈，反射信號的寬度較大，并且有向兩端繼續(xù)發(fā)育的趨勢。反射的信號強烈是因為墻底接縫發(fā)育著一定范圍的脫空，電磁波傳播到接縫脫空中的空氣時，電磁波反射系數變大，電磁波的振幅變大，在探地雷達檢測剖面圖像中呈現強烈的白色反射信號特征，并且相對于良好的接縫信號呈現出更強、范圍更寬、豎向不規(guī)則擾動，向兩邊有發(fā)展趨勢。根據以上分析推斷的典型反射信號特征，作為異常的推斷標準，對防浪墻底部（測線2和5）檢測全段進行解釋。

通過對下游進行探測證明，當電磁波傳播到分層界面接觸緊密地段時，電磁波在此界面反射信號不強烈、不明顯且斷斷續(xù)續(xù)，為接觸面緊密且與周圍介質融為一體，電磁波反射系數變小，均勻衰減。

當介質分層界面存在脫空時，電磁波在脫空界面反射信號明顯，響應信號強烈，相比于分層界面無脫空的響應信號顯得異常突出、明顯。這是因為電磁波傳播到脫空層時，脫空中的空氣與周圍介質的介電常數存在較大差異，電磁波在脫空層的反射系數變大，電磁波在脫空位置處的振幅變大，在雷達檢測剖面圖中顯示異常白色同向軸反射信號。

經分析上游側堆石體底部（測線3）檢測數據處理后的探地雷達典型剖面圖像后發(fā)現，防浪墻上游側堆石體的厚度和塊體大小不均一，反映在探地雷達檢測剖面圖像中的顯示也各不相同。堆石與底部的分界面清晰，堆石在探地雷達剖面圖中顯示一系列的暗紅色的點，檢測顯示在防浪墻墻體接縫位置處有一定的電磁波異常信號響應，堆石體呈現明顯的局部松散異常。

5.結束語

綜上所述，通過在混凝土結構檢測中應用探地雷達圖像分析技術，得出小浪底主壩電纜溝下游側邊墻底部、防浪墻底部和上游側堆石體底部脫空缺陷情況，本次檢測到的脫空缺陷體現為防浪墻底部與心墻頂部脫離而產生的間隙或高透水料侵入到防浪墻底部黏土心墻而產生的松散區(qū)，具體屬于哪種缺陷還需現場進一步檢查驗證。

參考文獻：

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