PS1000新型混凝土透視儀在南水北調工程中的應用

趙小明

（南水北調中線干線工程建設管理局河北直管建管部，河北石家莊 054000）

隨著工程質量檢測手段不斷豐富和發展，以往使用的局部破損檢測方法已經逐漸被較為先進和實用的無損檢測方法所替代。PS1000 新型混凝土透視儀是一款用于檢測混凝土內部具有電性差異的埋置物或缺陷分布情況的便攜式儀器，在鉆孔定位、取芯和切割前探測混凝土內部埋置物的位置和結構以及對混凝土澆筑密實度進行檢測等方面取得了很好的應用效果。在南水北調建設過程中使用瑞士PS1000 新型混凝土透視儀對混凝土建筑物進行普測，并據此推定少筋、斷筋、保護層超標以及振搗不密實區域，為工程建設質量監督和質量保證提供了科學依據。

1 基本原理

PS1000 新型混凝土透視儀本質上是一種工程雷達，它是利用寬頻帶高頻電磁波信號探測介質內部結構的無損探測儀器。它通過天線對隱蔽目標體進行全斷面掃描的方式獲得斷面的掃描圖像。其具體工作原理是：當雷達系統利用天線向介質發射寬頻帶高頻電磁波，電磁波信號在介質內部傳播遇到介電常數差異較大的介質界面時就會反射、透射和折射。兩種介質的介電常數差異越大，反射的電磁波能量也越大；反射回的電磁波被與發射天線同步移動的接收天線接收后，由主機精確記錄下反射回的電磁波的運動特征，再通過信號技術處理，形成全斷面的掃描圖像，工程技術人員通過對雷達圖像的判讀，判斷出目標物的實際結構情況。混凝土結構相對來說致密、成分簡單，雷達向混凝土中發射電磁波，由于混凝土、鋼筋、空洞的介電常數不同，電磁波在不同的介質界面發生反射，并由混凝土表面的天線接收，根據發射波與反射波返回的時間差與電磁波在混凝土中的傳播速度來確定反射界面距表面的距離，從而檢測出混凝土內部的鋼筋、分層等的位置以及空洞、疏松、裂縫等缺陷的位置、深度和范圍。

2 技術特點和應用范圍

2.1 技術特點

PS1000 新型混凝土透視儀采用一體式緊湊結構設計，拋棄之前所有鋼筋掃描儀顯示與感應器通過連接線連接帶來纏繞等各種不方便的煩惱。此外，它還具有如下技術特點。

（1）一機多能，可探測距混凝土表面30 cm以內的各類型金屬、非金屬埋置物以及孔洞、裂縫等，并可探測多層重疊埋置物。

（2）三類掃描模式，即快速掃描（單方向）、快速掃描并記錄（單方向、單次掃描存儲長度為10 m）以及兩種尺寸的三維圖像掃描（雙方向）。

（3）彩屏直觀讀取混凝土內埋置物分布情況并可同時顯示平面圖和剖面圖。

（4）圖像掃描采用三維視圖形式，直觀易判，無需特殊讀圖分析經驗。

2.2 應用范圍

結構檢測方面，可以探測鋼筋混凝土結構和內部埋置物體。

（1）快速定位深度不超過30 cm 的各類金屬埋置物，并可直接在工作面上標記出來，如鋼筋、預應力鋼絞線、銅管、鋁管、鋼筋網、鋼板、壓型鋼板、電纜等；同時，快速定位各類非金屬埋置物，如木材、空孔、塑料管道（水管）等。

（2）安全鉆孔，規避鉆孔時的危險（沒有預見到或者無法用其他手段探測到的隱蔽物體）。

（3）防止破壞混凝土內部的重要物體，如鋼筋、管道、電線等；高效評估和檢查鋼筋、鋼筋網等。

（4）確定原先未知的鋼筋，用于后安裝鋼筋的連接；在結構改造中，將原有的鋼筋加長。

（5）檢測物體內部的空心樓板、空腔等。

3 工程應用

為加強南水北調工程建設質量管理，建設主管部門使用瑞士PS1000新型混凝土透視儀對混凝土建筑物進行大范圍普查檢測，并推定各個標段建筑物的鋼筋布置和混凝土施工的質量，以期發現和改正施工中造成的質量缺陷，保證南水北調工程的施工質量。

3.1 鋼筋保護層厚度及間距檢測

在南水北調中線工程南陽段某建筑物進行檢測，獲取圖像如圖1所示。從圖1可以看出，本區域內被檢測部位的鋼筋保護層厚度為80 mm、鋼筋間距為15 mm（實際檢測中，以某一個構件為單位進行鋼筋數目統計計算），鋼筋布置較均勻。

圖1 典型二維快速存儲掃描圖像

3.2 混凝土振搗密實程度檢測

在南水北調中線工程方城段某建筑物進行檢測，獲取圖像如圖2-3 所示。圖2-3 均為三維掃描圖像，圖2 中被檢測部位的鋼筋保護層厚度為80 mm，混凝土內部振搗較密實；圖3中被檢測部位的鋼筋保護層厚度為90 mm，混凝土內部含有氣泡，推測為振搗不密實所造成。

圖2 典型二維快速存儲掃描圖像（混凝土內未見異常）

基于南水北調工程施工與管理相關規范，根據檢測結果對比設計鋼筋間距和混凝土保護層厚度，并判定測試建筑物的鋼筋間距、保護層厚度以及混凝土澆筑的施工質量是否合格。

在檢測過程中，PS1000新型混凝土透視儀所得到的檢測結果與鉆芯取樣、局部破壞檢查的結果進行了對比，結果完全一致。

4 結語

運用PS1000新型混凝土透視儀可以檢測鋼筋混凝土質量缺陷，包括混凝土結構空洞、疏松、裂縫等的位置、深度、范圍和鋼筋布置的間距、位置。這只是運用了PS1000新型混凝土透視儀的一些最基本的功能，如前所述，其應用范圍遠不止這些。PS1000 新型混凝土透視儀將以其快速、無損、準確、直觀的特點在工程建設領域得到更廣泛的應用。

圖3 典型二維快速存儲掃描圖像（混凝土內有氣泡）

[1]張小瓊，王李春.PS1000喜利得新型混凝土雷達檢測技術及其工程應用實踐[J].城市建設理論研究，2014，（4）：29-33.

[2]DB326-2005，雷達法檢測建設工程質量技術規程［S］.

[3]林維正.土木工程質量無損檢測技術[M].北京：中國電力出版社，2010.