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(wèi)東，鄭軍亮，張 悅

（1.安陽市南水北調(diào)工程建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)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(yīng)變大等特點，故塑性混凝土在防滲墻中的應(yīng)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(xiàn)澆筑不均勻、分層、夾泥等現(xiàn)象，所以很有必要開展塑性混凝土防滲墻質(zhì)量檢測方面的研究。結(jié)合雙泉水庫塑性混凝土防滲墻工程，參考相關(guān)文獻[1-3]，采用探地雷達法和垂直反射法相結(jié)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(jié)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(shè)計指標(biāo)為：28d彈性模量600～700 MPa，抗壓強度≥2.3 MPa，滲透系數(shù)≤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(dǎo)墻設(shè)計為1.2 m高的L形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強度等級采用C20，墻頂厚0.2m，兩導(dǎo)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(shè)計槽孔長度為6 m，槽孔的劃分和長度在具體施工時根據(jù)實際情況作了調(diào)整。

2 探地雷達法檢測成果分析

探地雷達法的檢測依據(jù) 《水利水電工程物探規(guī)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(xù)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(yīng)降低，無法探出小范圍的缺陷，故應(yīng)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(jié)合類似工程的經(jīng)驗選擇中心頻率為200 MHz的天線。而實際探測時發(fā)現(xiàn)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(jié)合現(xiàn)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(shù)均為512，塑性混凝土防滲墻介電常數(shù)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(jié)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(shù)處缺陷，分別是：樁號0+318附近，深度為0.1～0.7 m范圍內(nèi)；樁號0+395附近，深度為0.6～1.2 m范圍內(nèi)；樁號0+415附近，深度為0.2～1.2 m范圍內(nèi)；0+450樁號附近，深度為0.4～1.1 m范圍內(nèi)存在因骨料集中而引起的混凝土局部不均勻現(xiàn)象。從雷達的探測結(jié)果來看，絕大部分墻體灌注較均勻，沒有出現(xiàn)夾泥、裂縫等現(xiàn)象，個別樁號墻體存在灌注不均勻的情況。本次研究發(fā)現(xiàn)，雷達天線頻率低時，由于分辨率下降，不易發(fā)現(xiàn)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(guī)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(fā)，單點接收，偏移距1.0 m左右。

為取得最佳測試數(shù)據(jù)及曲線，測試前必須對測試儀器及測試方法進行調(diào)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(jié)果表明，墻體混凝土的波速為2 200～2 600 m/s。

（2）檢測前經(jīng)反復(fù)試驗，確定最佳偏移距為1.0 m左右，在檢測時根據(jù)信號質(zhì)量及墻頂情況可作調(diào)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(fù)雜，通過增加錘墊及改換力棒等方法，調(diào)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(jié)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(xiàn)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(yīng)的檢測結(jié)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(zhì)量差，此處處于防滲墻槽段接縫處，說明頂部接縫質(zhì)量稍差。對所有檢測圖像進行分析發(fā)現(xiàn)，有十幾處墻段頂部混凝土質(zhì)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(dāng)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(chǎn)生局部夾泥等現(xiàn)象，一般與超灌高度不足及鑿除高度少有關(guān)，下一步施工前應(yīng)將墻頂浮漿及淺部劣質(zhì)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(jié)果對比分析

利用探地雷達方法共發(fā)現(xiàn)4處缺陷，利用垂直反射方法發(fā)現(xiàn)了10多處缺陷（見表2，表中括號中數(shù)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)：利用探地雷達方法能較準(zhǔn)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(xù)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(zhǔn)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(dāng)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(dāng)缺陷足夠大時才能測到（使用低頻率天線）。

5 開挖驗證

結(jié)合探地雷達和超聲法檢測結(jié)果，在樁號0+395附近區(qū)域 （此處也是38和39號施工槽段的結(jié)合處）采用機器挖掘結(jié)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(xiàn)象，防滲墻頂澆筑時有輕微的塌方現(xiàn)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(jié)論

從探地雷達法檢測的結(jié)果來看，大部分墻體灌注較均勻，沒有出現(xiàn)夾泥分縫等現(xiàn)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(jié)果來看，發(fā)現(xiàn)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(jié)果發(fā)現(xiàn)，垂直反射法比較適合對塑性混凝土防滲墻的連續(xù)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(zhǔn)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(dāng)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(yīng)用[J].物探與化探，2004（10）：467-470.

[2]董延朋，孔祥春，秦月濤.地質(zhì)雷達在水庫防滲墻檢測中的應(yīng)用[J].地質(zhì)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(yīng)用 [J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報，2005（3）：39-41.

[4]SL 326-2005，水利水電工程物探規(guī)程[S].