（遼寧省水利水電科學(xué)研究院，沈陽110003）

探地雷達(dá)技術(shù)是用于檢測(cè)淺層地質(zhì)構(gòu)造的地球物理探測(cè)方法，具有無損、檢測(cè)分辨率高和效率高等優(yōu)點(diǎn)。常用于水利水電工程、鐵路等行業(yè)的前期勘察工作，近些年在水利工程安全隱患檢測(cè)、水工隧道混凝土襯砌質(zhì)量檢測(cè)中發(fā)揮了巨大作用。本文對(duì)水工隧洞襯砌混凝土實(shí)例探測(cè)，利用探地雷達(dá)法和超聲層析層像法對(duì)襯砌混凝土質(zhì)量進(jìn)行了探測(cè)和質(zhì)量判定，目的是使兩種方法取長(zhǎng)補(bǔ)短、相互印證。

1 工程概況

王家溝水庫為小（1）型水庫，水庫樞紐由攔河壩、沖沙閘、輸水隧洞及溢洪道組成，攔河壩為心墻土石壩，最大壩高67m，壩長(zhǎng)201m，輸水隧洞位于左岸，設(shè)計(jì)流量0.9m3，全長(zhǎng)120m，輸水隧洞堵頭前段為有壓隧洞，采用C25鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚0.4m。隧洞地質(zhì)條件差開挖中斷面控制較差，多處出現(xiàn)塌方，為避免襯砌后存在大的脫空和空腔，導(dǎo)致內(nèi)水壓力和放空后外水較高導(dǎo)致襯砌破壞，有必要對(duì)襯砌后空腔進(jìn)行檢查和檢測(cè)。

2 地球物理?xiàng)l件及檢測(cè)原理

2.1 探地雷達(dá)法

隧洞襯砌混凝土頂拱脫空檢測(cè)，目的是探測(cè)混凝土存在空腔的位置，工程實(shí)踐中空腔常有兩種形式：一是地下水充填；二是空氣充填。因此脫空檢測(cè)的目的體為襯砌混凝土背后的水或空氣。水、空氣與混凝土存在明顯的相對(duì)介電常數(shù)，為探地雷達(dá)檢測(cè)提供了良好的地球物理前提條件。當(dāng)混凝土內(nèi)部出現(xiàn)蜂窩、空洞、不密實(shí)等缺陷時(shí)，混凝土內(nèi)充填水或空氣使其介電常數(shù)發(fā)生變化，水越多則介電常數(shù)越大，充填空氣時(shí)，空氣越多則介電常數(shù)越小，可判定襯砌混凝土出現(xiàn)的缺陷。

探地雷達(dá)利用發(fā)射天線向地下介質(zhì)發(fā)射高頻脈沖電磁波，當(dāng)電磁波遇到電性差異界面時(shí)發(fā)生折射和反射，同時(shí)介質(zhì)對(duì)電磁波也發(fā)生吸收、濾波和散射作用，用接收天線接收發(fā)神火折射波并記錄，再用相應(yīng)的處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)處理后的圖像結(jié)合工程地質(zhì)特征推斷混凝土厚度、脫空位置、高度、延長(zhǎng)長(zhǎng)度等信息。該次探地雷達(dá)選用美國SIR-30E，天線400MHz和900MHz，時(shí)間窗口5～8000ns，數(shù)據(jù)位數(shù)32位，信噪比110dB。

2.2 超聲層析層像法

超聲橫波在結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳播時(shí)，遇到波阻抗變化會(huì)產(chǎn)生反射原理，隧洞結(jié)構(gòu)中混凝土、鋼筋、圍巖、水、空氣存在波速差異，這為超聲層析檢測(cè)提供了良好的地球物理前提條件。

超聲層析層像法通過在物體的一側(cè)面發(fā)射和接收低頻超聲橫波脈沖信號(hào)，然后用層疊成像方式進(jìn)行信號(hào)處理，得到物體內(nèi)部超聲橫波反射強(qiáng)度、位置、規(guī)模等，最后解譯出混凝土結(jié)構(gòu)信息。本次超聲橫波層析成像混凝土厚度測(cè)試使用A1040 MIRA混凝土斷層超聲成像儀。測(cè)量范圍（50～2500mm），工作頻率50kHz。

3 檢測(cè)流程

3.1 普查

在拱頂沿洞軸線方向布置3條測(cè)線，間距60cm，如圖1，用900MHz天線普查，塌方段結(jié)合400MHz天線進(jìn)行普查，用900MHz進(jìn)行10%復(fù)測(cè)。

圖1 測(cè)線布置

3.2 復(fù)查

對(duì)于探地雷達(dá)出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)測(cè)，如發(fā)現(xiàn)存在脫空異常，采用不同頻率天線進(jìn)行驗(yàn)證性檢測(cè)及增加環(huán)向測(cè)線。

3.3 詳查

對(duì)確定的探地雷達(dá)異常區(qū)采用超聲橫波層析成像法進(jìn)一步檢查，測(cè)區(qū)覆蓋正常和異常位置，繪制200mm×200mm網(wǎng)格，如兩種方法結(jié)果一致，則確認(rèn)為脫空區(qū)，否則以超聲橫波層析成像法確定是否為脫空區(qū)。測(cè)點(diǎn)如圖2。

圖2 檢測(cè)點(diǎn)布置

4 分析及驗(yàn)證

4.1 探地雷達(dá)法成果

檢測(cè)過程中保證天線與混凝土表面耦合良好，天線移動(dòng)均勻，采用連續(xù)測(cè)量方式檢測(cè)范圍0+006.000～0+55.500，檢測(cè)成果如表1。探地雷達(dá)檢測(cè)如圖3。

表1 輸水洞襯砌混凝土檢測(cè)成果 單位：m

圖3 探地雷達(dá)

從圖3可以看出標(biāo)注的異常部位，除正常結(jié)構(gòu)間反射外，還存在異常反射，檢測(cè)共發(fā)現(xiàn)小脫空及輕微不密實(shí)區(qū)域4處，延續(xù)長(zhǎng)度1.0～2.5m；其他未見明顯異常反射。

為檢驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性對(duì)探地雷達(dá)法安排了一定量的自檢性復(fù)測(cè)，如表2。結(jié)果表明，所采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

表2 自檢性復(fù)測(cè)

4.2 超聲層析層像法驗(yàn)證

檢測(cè)過程中保證設(shè)備檢波器與混凝土表面耦合良好，本次檢測(cè)彩色增益18dB，模擬增益60dB，發(fā)射頻率65kHz。超聲層析層像檢測(cè)典型如圖4。從圖4可以看出，超聲層析層像檢測(cè)圖顯示鋼筋反射明顯，中間及底部未見異常反射，兩種方法檢測(cè)結(jié)果相同。

圖4 拱頂超聲橫波層析層像檢測(cè)

對(duì)探地雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)域安排了超聲橫波層析成像詳查工作，如表3。

表3 超聲橫波層析成像詳查工作

5 結(jié)語

（1）檢測(cè)結(jié)果共發(fā)現(xiàn)小脫空及輕微不密實(shí)區(qū)域4處，其中小脫空1處，不密實(shí)3處，缺陷范圍延續(xù)長(zhǎng)度1.0～2.5m，其他洞段未見明顯異常反射，經(jīng)自檢表明脫空檢測(cè)數(shù)效果好。建議檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的脫空洞段，應(yīng)安排打孔，進(jìn)行灌漿；對(duì)不密實(shí)和異常反射界面，應(yīng)打2個(gè)檢查孔查找原因，若界面較大則應(yīng)完成灌漿作業(yè)，未存在異常應(yīng)進(jìn)行壓水試驗(yàn)，確保工程質(zhì)量。

（2）本次檢測(cè)采用探地雷達(dá)和超聲橫波層析成像兩種方法。探地雷達(dá)法的優(yōu)點(diǎn)是基本不受介質(zhì)表面影響，能檢測(cè)出混凝土脫空高度且效率高，但受鋼筋網(wǎng)等金屬機(jī)構(gòu)的影響大；超聲橫波層析成像法對(duì)金屬結(jié)構(gòu)影響小，檢測(cè)直觀，但效率低不利于大規(guī)模檢測(cè)。此次應(yīng)用兩種理論基礎(chǔ)不相同的方法聯(lián)合使用，可以充分利用每一種方法長(zhǎng)處，互相驗(yàn)證探測(cè)結(jié)果，提高檢測(cè)精度，為工程提供可靠資料。

參考文獻(xiàn)：

［1］SL326—2005，水利水電工程物探規(guī)程［S］.

［2］SL734—2016，水利工程質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］SL713—2015，水工混凝土結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］GB/T50784—2013，混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］李焱，鄒晨陽，吳永風(fēng).高密度電阻率法在土壩滲漏通道探測(cè)中的應(yīng)用［J］.水利建設(shè)與管理，2016（11）：65-68.