邵 帥

(盤錦水務集團有限公司，遼寧 盤錦 124010)

1974年，在土木工程領域國外最先應用了一種地下物無損探測技術，即探地雷達無損檢測，該技術于1990s初被引入國內，至今已經(jīng)歷40多年的發(fā)展[1]。目前，探地雷達在采礦、電力、水文、地質、環(huán)境、公路、鐵路、建筑、考古和市政等工程建設領域的應用日趨廣泛[2〗。近年來，在巖土、混凝土內部缺陷或隱蔽物探測等領域的應用也日漸廣泛，如涵閘底板或水庫鋼筋布置、內部積水、掏空以及混凝土振搗不實、脫空、內部布筋、線纜分布等。如董延朋應用探地雷達法檢測混凝土質量，從而更加全面的了解水庫溢洪道泄槽陡坡施工質量，有效解決了破壞性檢測的盲目性和片面性；鄧中俊等以水工隧洞為例，應用探地雷達法識別了圍巖的空洞及破碎、圍巖與襯砌間的脫空、隧洞的空洞與不密實等，為水工隧洞質量檢測中探地雷達法的應用提供技術支持。

為準確識別探地雷達法的偏差程度及檢測精度，進一步分析混凝土內部缺陷檢測時探地雷達法的可行性，文章應用探地雷達法測試與識別某水工隧洞襯砌混凝土的內部缺陷、內置鋼筋分布、混凝土厚度等目標，在此基礎上分析監(jiān)測數(shù)據(jù)偏差程度、精確度以及引起誤差的原因，可為水利工程檢測領域中探地雷達法的應用提供一定指導。

1 探地雷達工作原理

1.1 技術特點

探地雷達法作為一種新型物探、檢測手段，憑借其高精度、高效率、連續(xù)和無損等優(yōu)勢適于大范圍連續(xù)作業(yè)。設備本身具有防爆、防震、防水、輕質便攜等特點，對處于惡劣環(huán)境下的結構質量檢測具有明顯優(yōu)勢。根據(jù)被測物特性可以一次掃描完成，也可現(xiàn)場快捷、方便的更換天線，通過對不同頻率圖像的采集便于后期互校和對比，圖像直觀、精準度高，能夠在很大程度上確保數(shù)據(jù)檢測精度。

1.2 原理分析

探地雷達是利用有耗介質中電磁波的傳播特性，以短脈沖寬頻帶的方式向介質內發(fā)射高頻電磁波，遇不均勻界面時發(fā)生反射，通過圖像解譯和處理主機所接受到的反射信號，從而實現(xiàn)隱蔽目標物識別的目的，其中相對介電常數(shù)決定了電磁波反射系數(shù)。

由于特定介質中電磁波的傳播速度保持不變，利用下式和記錄的反射波時間差△T可以計算出異常處的埋深H，其表達式為：

H=V△T/2

(1)

2 試驗檢測

2.1 試驗目的

文章以某輸水隧洞工程為例，試驗中利用RIS-K2型探地雷達配備600/1600MHz混凝土檢測天線陣，對襯砌混凝土實體內部缺陷、鋼筋分布定位及混凝土厚度的偏差原因、精準度進行驗證與分析。

2.2 檢測結果

2.2.1 內部缺陷分析

襯砌混凝土不密實區(qū)，見圖1。對襯砌混凝土的內部缺陷先用探地雷達法測試定標如圖1(a)，再用鉆芯法取芯進行實際監(jiān)測如圖1(b)。結果顯示，距離表面1-20cm處芯樣存在不密實缺陷區(qū)1處，測試結果與探地雷達法保持一致，即對混凝土內部缺陷的識別探地雷達法具有較強適用性。

(a)灘地雷達法測試區(qū) (b)鉆芯法測試區(qū)

2.2.2 襯砌混凝土厚度

隨機選擇某一隧洞斷面，先后應用探地雷達法和鉆芯法測試襯砌混凝土的厚度，并對比分析兩種方法的檢測數(shù)據(jù)，襯砌混凝土測試厚度，見圖2。結果顯示，探地雷達法和鉆芯法的檢測數(shù)據(jù)為545mm、610mm，兩者的偏差率為10.66%，襯砌混凝土厚度檢測值，見表1。

圖2 襯砌混凝土測試厚度

表1 襯砌混凝土厚度檢測值

由表1可知，鉆芯法與探地雷達法檢測的混凝土厚度存在一定偏差，引起此偏差的原因有技術人員解譯圖像和設備自身所引起的偏差、混凝土介質不均勻度引起的波速和介質常數(shù)的偏差，以及鉆芯法測試點與雷達波傳輸線在巖面的反射點，因基巖表面凸凹不平而存在的偏差。

2.2.3 內部鋼筋分布

現(xiàn)場隨機選取1#位置(測線長1.5m)、2#位置(測線長1.2m)的兩處樁號，對襯砌混凝土鋼筋保護層厚度、鋼筋間距及其內部鋼筋根數(shù)3個參數(shù)利用探地雷達法測試，為了驗證檢測精度再用鑿槽法實測。結果顯示，鑿槽法和探地雷達法檢測的鋼筋根數(shù)保持一致，鋼筋間距存在一定的偏差，鋼筋間距偏差處于0.1-0.8cm之間，偏差率達到0.7%-7.4%。襯砌混凝土中鋼筋分布檢測值，見表2。

表2 襯砌混凝土中鋼筋分布檢測值

鑿槽法和探地雷達法測試的鋼筋保護層厚度偏差率為0.5-5.2%，厚度偏差處于0.1-0.8cm之間，鋼筋保護層厚度檢測值，見表3。

表3 鋼筋保護層厚度檢測值

根據(jù)相關資料和試驗結果，深入分析了鑿槽法和探地雷達法測試鋼筋保護層厚度、鋼筋間距偏差的原因，具體包括：①混凝土表面與鋼筋軸心線不平行，即同一鋼筋不同截面的埋深存在差異，或者鋼筋埋深遠遠大于常規(guī)設計值10-50mm；②相鄰鋼筋的同向走向并不平行；③鑿槽法測點與鋼筋表面的反射點，在以上因素作用下不一致；④技術人員解譯圖像或設備自身引起的偏差。

3 結 語

文章對某水工輸水隧洞的襯砌混凝土分別利用鉆芯法和探地雷達法進行檢測，主要結論如下：

1)對水工輸水隧洞襯砌混凝土保護層厚度、鋼筋分布、鋼筋數(shù)量、內部缺陷、混凝土厚度等參數(shù)利用探地雷達法檢測，具有可信度高、精度高、科學準確等特點，能夠符合水工輸水隧洞質量控制要求。

2)探地雷達法具有檢測快捷、無損、作業(yè)環(huán)境要求低等特點，對復雜環(huán)境條件下大型異構混凝土隱蔽物探測具有明顯優(yōu)勢。探地雷達法作為定性檢測隱蔽性缺陷技術，現(xiàn)已廣泛應用于多個領域，未來仍需進一步深入研究缺陷程度。