探地雷達法和垂直反射法檢測塑性混凝土防滲墻的適用性對比分析

郭松昌，王衛東，鄭軍亮，張 悅

（1.安陽市南水北調工程建設領導小組辦公室，河南安陽 455000；2.安陽市水利局，河南安陽 455000）

塑性混凝土具有彈性模量低、極限應變大等特點，故塑性混凝土在防滲墻中的應用也越來越廣泛。但是，防滲墻受施工方法和各種實際因素的影響，容易出現澆筑不均勻、分層、夾泥等現象，所以很有必要開展塑性混凝土防滲墻質量檢測方面的研究。結合雙泉水庫塑性混凝土防滲墻工程，參考相關文獻[1-3]，采用探地雷達法和垂直反射法相結合的方式開展防滲墻無損檢測，對比分析兩種檢測方法的適用性。

1 工程概況

雙泉水庫位于河南省安陽市西北部、海河流域洹河支流粉紅江上，水庫大壩采用塑性混凝土防滲墻和帷幕灌漿相結合的方法進行防滲加固。壩基防滲處理范圍為大壩樁號0+150-0+680，長530 m。塑性混凝土防滲墻的設計指標為：28d彈性模量600～700 MPa，抗壓強度≥2.3 MPa，滲透系數≤1×10-6cm/s。 防滲墻墻體厚度50 cm，選用配合比為水泥：粘土：膨潤土：水：砂：碎石：外加劑=120：240：40：360：770：630：0.36。導墻設計為1.2 m高的L形鋼筋混凝土結構，混凝土強度等級采用C20，墻頂厚0.2m，兩導墻間距為0.55 m。選用沖擊鉆機配合液壓抓斗成槽法開槽，即兩鉆一抓法。項目施工采用兩序間隔法，槽孔分兩期進行施工。設計槽孔長度為6 m，槽孔的劃分和長度在具體施工時根據實際情況作了調整。

2 探地雷達法檢測成果分析

探地雷達法的檢測依據 《水利水電工程物探規范》[4]的要求進行，選用中國電子科技集團公司第二十二研究所研制的小型化便攜式LTD-2100型探地雷達，采用剖面法進行測量，檢測時天線沿防滲墻軸線從小樁號到大樁號移動進行連續測量。雷達天線的中心頻率越低，探測深度越大，但是分辨率相應降低，無法探出小范圍的缺陷，故應在滿足探測深度的情況下選擇頻率高的天線。本次防滲墻探測深度為10 m左右，綜合考慮探測深度和精度并結合類似工程的經驗選擇中心頻率為200 MHz的天線。而實際探測時發現樁號0+290-0+480段防滲墻墻頭未與地面平齊，無法使用200 MHz的天線，改用中心頻率為400 MHz的天線。探地雷達圖像，如圖1-3所示。

圖1 200MHz探地雷達圖像（正常圖像，樁號0+156-0+168）

圖2 400MHz探地雷達圖像（正常圖像，樁號0+290-0+308）

圖3 400MHz探地雷達圖像（異常圖像，樁號0+382-0+400）

綜上所述并結合現場情況，在樁號0+156-0+210、0+550-0+590段采用天線中心頻率為 200 MHz，樁號0+290-0+480段采用天線中心頻率為400 MHz。時窗長度代表記錄信號的最大雙程走時長度，故時窗限定了最大探測深度，參考LTD-2100型雷達儀器使用說明書，本次研究天線中心頻率為200 MHz時選擇時窗120 ns、天線中心頻率為400 MHz時選擇時窗為60 ns，采用人工拖拽的方式進行探測，探測速度為1～2 m/s，兩種天線采樣點數均為512，塑性混凝土防滲墻介電常數取8。

探地雷達法檢測防滲墻墻體可用圖像為278 m，圖1-3列出了幾種典型圖像，從圖像分析的結果來看，天線中心頻率為200 MHz時雷達探測深度約為6.0 m，而天線中心頻率為400 MHz時探測深度僅為1.2 m。200 MHz圖像因分辨率較低，圖像基本正常；而由400 MHz圖像可以看出有數處缺陷，分別是：樁號0+318附近，深度為0.1～0.7 m范圍內；樁號0+395附近，深度為0.6～1.2 m范圍內；樁號0+415附近，深度為0.2～1.2 m范圍內；0+450樁號附近，深度為0.4～1.1 m范圍內存在因骨料集中而引起的混凝土局部不均勻現象。從雷達的探測結果來看，絕大部分墻體灌注較均勻，沒有出現夾泥、裂縫等現象，個別樁號墻體存在灌注不均勻的情況。本次研究發現，雷達天線頻率低時，由于分辨率下降，不易發現缺陷；而雷達天線頻率高時，探測深度又很淺。

3 垂直反射法檢測成果分析

參照《水利水電工程物探規范》[4]的要求進行，垂直反射法檢測儀器采用武漢巖海公司的RS-1616K（P）完整性檢測儀，采樣間隔取 0.02～0.03 ms，記錄長度取1 024點，濾波方式為全通，接收采用高阻尼低靈敏度速度傳感器。工作模式為單點激發，單點接收，偏移距1.0 m左右。

為取得最佳測試數據及曲線，測試前必須對測試儀器及測試方法進行調試工作，具體步驟如下：

（1）測試前，為了取得墻體混凝土的縱波速度，對出露的完整的墻段進行縱波測試。測試結果表明，墻體混凝土的波速為2 200～2 600 m/s。

（2）檢測前經反復試驗，確定最佳偏移距為1.0 m左右，在檢測時根據信號質量及墻頂情況可作調整。

（3）對于墻頂部未完全鑿至完好密實的混凝土處，加上某些槽段由于淺部有缺陷，造成曲線復雜，通過增加錘墊及改換力棒等方法，調整了錘擊裝置，取得了較好效果。垂直反射法圖像，如圖4所示。

表1 垂直反射法檢測結果分析（部分）

本次測量測段為樁號0+150-0+634，部分墻段由于現場不具備檢測條件而未檢測，共檢測墻體392 m。圖4為樁號0+391-0+398的檢測圖像，表1為對應的檢測結果分析表，可以看出樁號0+392-0+396淺部有較明顯的二次反射，說明此處墻段頂部混凝土質量差，此處處于防滲墻槽段接縫處，說明頂部接縫質量稍差。對所有檢測圖像進行分析發現，有十幾處墻段頂部混凝土質量差、頂部接縫稍差，具體缺陷分布見表2。由于偏移距的存在，由此造成的波速偏高或墻身偏短的假象是不容忽視的，在分析時均作了校正處理。測試時，部分墻段墻體頂部混凝土松軟或混凝土差，造成分析困難。其原因多為：當澆注到淺部時，此時泥漿比重較大，混凝土浮力不足，從而容易產生局部夾泥等現象，一般與超灌高度不足及鑿除高度少有關，下一步施工前應將墻頂浮漿及淺部劣質混凝土鑿除。

圖4 垂直反射法圖像（樁號0+391-0+398）

4 探地雷達法與垂直反射法檢測結果對比分析

利用探地雷達方法共發現4處缺陷，利用垂直反射方法發現了10多處缺陷（見表2，表中括號中數字表示測試時雷達天線中心頻率）。由表2可知，在樁號0+156-0+210、0+550-0+590段（天線中心頻率為200MHz），垂直反射法在這兩段測出的輕微淺部缺陷，雷達均未測到，說明雷達的分辨率低；在樁號0+290-0+480段（天線中心頻率為400 MHz），有4處探地雷達法和垂直反射法同時測到了缺陷，分別是樁號 0+318、0+395、0+415、0+450 處附近的缺陷，兩種方法起到較好的相互印證作用。另外，利用垂直反射法在此段還發現另外5處缺陷 （分別是樁號 0+330 附近、0+349 附近、0+375 附近、0+314、0+442），而利用探地雷達方法卻沒有發現，有可能是這幾處缺陷深度超出了探地雷達法檢測的深度范圍，即缺陷深度大于1.6 m。同時發現：利用探地雷達方法能較準確地確定缺陷的位置，利用垂直反射法只能作定性分析，無法確定缺陷的具體深度。

表2 兩種探測方法檢測的缺陷位置對比

兩種方法比較說明：垂直反射法比較適合對塑性混凝土防滲墻的連續性和墻深進行檢查，對防滲墻中的缺陷尤其是淺層的缺陷能定性地反映出來，但不能準確確定缺陷的具體深度；而探地雷達方法在使用頻率較低的天線時分辨率低，不能測出輕微的缺陷；當加大頻率時，檢測深度又很小，如本研究中使用400 MHz天線時檢測深度只有1.6 m，由此說明探地雷達法能測出防滲墻淺層的缺陷 （使用高頻率天線），而對于防滲墻深層（相對）的缺陷只有當缺陷足夠大時才能測到（使用低頻率天線）。

5 開挖驗證

結合探地雷達和超聲法檢測結果，在樁號0+395附近區域 （此處也是38和39號施工槽段的結合處）采用機器挖掘結合人工開挖的方法進行驗證，開挖深度約3 m。從開挖過程看，墻體接縫頂部處有輕微的夾泥現象，防滲墻頂澆筑時有輕微的塌方現象，如圖5-6所示，這印證了探地雷達、垂直反射法的檢測成果。

圖5 開挖檢查

圖6 夾泥處

6 結論

從探地雷達法檢測的結果來看，大部分墻體灌注較均勻，沒有出現夾泥分縫等現象，個別樁號墻體存在灌注不均勻的情況。而從垂直反射法檢測墻體的結果來看，發現十幾處防滲墻淺部混凝土缺陷。通過比較兩種無損檢測方法的結果發現，垂直反射法比較適合對塑性混凝土防滲墻的連續性和墻深進行檢查，對防滲墻中的缺陷尤其是淺層的缺陷能定性地反映出來，但不能準確確定缺陷的具體深度；探地雷達法能測出防滲墻淺層的缺陷 （使用高頻率天線），而對于防滲墻深層的缺陷只有當缺陷足夠大時才能測到（使用低頻率天線）。

[1]薛云峰，袁江華，孫曉暾.垂直反射法檢測混凝土防滲墻的研究與應用[J].物探與化探，2004（10）：467-470.

[2]董延朋，孔祥春，秦月濤.地質雷達在水庫防滲墻檢測中的應用[J].地質裝備，2005（12）：26-28.

[3]肖自龍，李宏展，梁娜.透地雷達在檢測塑性混凝土垂直防滲墻中的應用 [J].華北水利水電學院學報，2005（3）：39-41.

[4]SL 326-2005，水利水電工程物探規程[S].