南水北調北京西四環暗涵六標段混凝土檢測

□邢金海 □呂志棟 □白瑞林（河南省人民勝利渠管理局）

1 工程概況

南水北調北京西四環暗涵是穿越北京城區的大型建筑物，上接盧溝橋暗渠，下接團城湖明渠，全長12.64 km，是南水北調中線總干渠末端的控制性工程。

本標段為第六標段，起點樁號為左線8+139.51，右線8+152.96；終點樁號為左線8+900.40，右線8+912.30。全長760.12m，本標段工程分為豎井及廊道、暗涵兩部分。

暗涵結構形式為復合襯砌結構。超前支護采用超前小導管注漿加固，初期支護為格柵鋼架+噴射混凝土結構，結構厚度300 mm，混凝土強度等級C30；二次襯砌為模筑鋼筋混凝土結構，結構厚度300 mm，混凝土強度等級C30、抗滲等級S8防水混凝土。初期支護與二次襯砌之間設置防水夾層，防水材料為ECB/EVA防水復合板+無紡布。初期支護施工完畢及二次襯砌施工完成后，進行背后回填灌漿，進行初期支護與巖層以及初期支護與二次襯砌之間的空隙填充。

本次檢測的暗涵六標段中的7倉混凝土分別為：左線上游主洞襯砌8+259.51—8+269.51、左線下游主洞襯砌8+670.40—9+660.40、右線下游主洞襯砌8+892.30—8+882.30、右線下游主洞襯砌8+852.30—8+842.30、右線下游主洞襯砌8+742.30—8+732.30、右線上游主洞襯砌8+282.96—8+292.96、左線下游主洞襯砌8+570.40—8+560.40。

此次檢測依據《混凝土壩養護修理規程》（SL230－98）和《水工混凝土試驗規程》（DL/T5150-2001）。

2 檢測項目及方法

2.1 儀器設備

檢測中使用的儀器設備有中型回彈儀、SIR－2000型探地雷達儀。

2.2 混凝土強度的檢測

混凝土強度是衡量混凝土質量的一個重要參數，通過對混凝土強度的檢測，可為正確評估混凝土結構物的安全和穩定提供可靠依據。

混凝土強度的檢測可分為無損和有損兩類。回彈法是目前最普遍使用的混凝土強度無損檢測方法，通過測定某些與混凝土抗壓強度具有一定相關關系的物理參量來推定混凝土的強度。回彈儀是回彈法檢測混凝土抗壓強度的儀器，常見的有重型回彈儀和中型回彈儀兩種類型。本次檢測依據《水工混凝土試驗規程》（DL/T5150—2001）的規定，采用中型回彈儀對襯砌混凝土的強度進行檢測，并根據檢測的結果對混凝土的強度和均勻性進行評定。

2.3 混凝土探地雷達檢測

2.3.1 探地雷達儀器

本次檢測采用美國地球物理勘探儀器設備公司（GSSI公司）生產的SIR-2000型探地雷達儀，根據探測目的，選用天線頻率為900MHz、400MHz，采用連續測量的工作方式。雷達探測透視掃描的所有記錄數據，在現場轉儲在計算機硬盤上，對數據進行初步處理，室內用計算機進行詳細處理。數據與資料的處理基本可分為兩個階段：一是對記錄圖像進行巡視，然后會診、查證、確認標志層與異常，確定詳細處理的有關參數和使用程序。二是用雷達專用軟件RADAN3.0V和圖像處理軟件等對現場采集的數據進行正式處理，打印出圖。

2.3.2 探地雷達探測基本原理

探地雷達利用高頻電磁脈沖波的反射原理來實現探測目的，其反射脈沖信號的強度不僅與傳播介質的波吸收程度有關，而且也與被穿透介質界面的波反射系數有關，垂直界面入射的反射系數R的模值和幅角，可用下式表示：

式中：a=μ2/μ1

μ,ε,σ分別為介質的導磁系數、相對介電常數和電導率,角標1和2分別代表入射介質和透射介質。

上式可看出，反射系數與界面兩邊介質的電磁性質和頻率ω=（2πf）有關。兩邊介質的電磁參數差別大者，反射系數也大，同樣反射波的能量亦大。

探地雷達利用主頻為數十兆赫（MHz）至千兆赫波段的電磁波，以寬頻帶短脈沖形式，由地面通過天線發射器（T）發送至地下，經地下目的體或地層的界面反射后返回地面，為雷達天線接收器（R）接受，其工作原理如圖1所示。

圖1 探地雷達工作原理示意圖

式中∶t—脈沖波走時(ns，1ns=10-9s),Z—反射體深度（m）,X—T與R 的距離（m），V—雷達脈沖波速（m/ns）

3 混凝土強度的檢測

襯砌混凝土強度采用回彈法檢測，共檢測了7倉混凝土的強度，沿水流方向，每倉布置3個回彈檢測斷面，每個檢測斷面左右邊分別布置了1個測區，每倉共布置了6個測區。每倉的回彈檢測成果及其推定強度如表1所示。

脈沖波的行程為：

表1 混凝土回彈檢測結果表

4 混凝土襯砌的雷達檢測

探地雷達通過連續發射電磁波可對隧洞混凝土襯砌進行連續掃描，探測混凝土的厚度、澆筑的均勻性，以及內部有無較大的空洞等，從而可比較全面地反映探測區域的混凝土質量。

4.1 雷達測線布置

根據現場情況和業主要求，在指定各倉混凝土襯砌段，采用如圖2所示的布線方式布置探地雷達測線，測線總長140 m，檢測混凝土襯砌的密實度及內部缺陷情況。

圖2 探地雷達測線布置圖

4.2 雷達外業技術設計

根據探測目的及隧洞襯砌混凝土的實際情況，分別選用了400MHz和900MHz天線，部分測線進行了兩種天線的對比試驗，采用連續測量工作方式，每2m或1.50m打一測量標記，現場進行數據采集參數選取的試驗工作，確定增益、濾波等參數，確定每秒鐘掃描次數為64次，400 MHz天線采集窗口長度為50 ns和 60 ns（納秒），帶通濾波為 100～1000 MHz；900 MHz天線采集窗口長度為30 ns（納秒），帶通濾波為300～1800 MHz，采用4點增益自動調整。

4.3 探測成果

由探地雷達檢測結果可知，檢測部位的混凝土襯砌厚度均勻，澆筑均勻密實，鋼筋分布均勻，鋼筋保護層厚度均勻。在測線范圍內未發現混凝土不密實、疏松和鋼筋稀少的現象，混凝土澆筑質量較好。

5 檢測結論

通過對北京西四環暗涵六標段指定的7倉混凝土襯砌現場檢測和檢測成果分析，得出以下結論：

從應用回彈法檢測的混凝土推定強度結果中可以看出，各倉的混凝土回彈推定強度均＞40 MPa，都能滿足C30的設計要求，測得的混凝土回彈值離散性較小，說明混凝土澆筑質量均勻性較好。

由探地雷達檢測結果可知，檢測部位的混凝土襯砌厚度均勻，澆筑均勻密實，鋼筋分布均勻，鋼筋保護層厚度均勻，混凝土澆筑比較均勻，質量較好，在測線范圍內沒有發現混凝土不密實和脫空的現象。