探地雷達在堆石壩混凝土面板脫空檢測中的應用案例

【摘要】探地雷達在地質勘探階段的應用已經比較成熟，但是施工階段的應用，特別是水利水電工程檢測中的應用還有待推廣，本文結合筆者所參與的某水電站工程案例，介紹了探地雷達在堆石壩混凝土面板脫空檢測中的應用，希望為類似工程問題的檢測提供借鑒。

【關鍵詞】探地雷達（地質雷達）；混凝土面板；面板脫空；檢測；水利水電工程

1、引言

探地雷達是采用高頻電磁波探測地下地質結構與特征的電磁探測技術，該設備采用一對天線進行探測，其中一個為發(fā)射天線，一個為接收天線，常用于地質勘測的地層分布情況，或者定位溶洞裂隙位置甚至判斷溶洞裂隙的規(guī)模，在工程實踐中已然成熟。

例如東南大學的張寧等人已經將探底雷達檢測技術應用于道路混凝土脫空探測，成尚鋒等人也做了類似的實踐；中國地質大學的鄧世坤則在海堤與江堤排查安全隱患的工作中進行了探測應用；此外，張逸在2015年前后對湖南省某運行水庫大壩也進行過混凝土面板脫空檢測，更是首次提出了傾斜角度界面進行雷達探測的技術難點和解決方案。

筆者所在的檢測公司于2014年6月使用探地雷達對湖北省某水電站工程的混凝土面板進行了脫空情況檢測，本文即是對該次檢測應用案例的介紹。

2、探地雷達檢測原理

如圖1所示，探地雷達由發(fā)射天線（T）向地下介質中發(fā)射一定中心頻率的電磁脈沖波，電磁脈沖波在地下介質中傳播時，遇到介質中的電磁性（電阻率、介電率及磁導率）差異分界面會發(fā)生反射和透射；被反射的電磁波傳回地表，由接收天線（R）接收。

電腦與儀器控制面板合為一體，通過儀器面板進行操作和控制現場數據的采集與儲存。接收天線所接收的地下反射回波信號經由光纖傳輸到儀器控制臺，并經過處理轉換成時間序列信號。在每一測點上的這種時間序列即構成該測點的雷達波形記錄道，它包含該測點處所接收到的雷達波的幅度、相位及旅行時間等信息。由電腦所收集并存儲的每一測點上的雷達波形序列形成一個由若干記錄道組成的探地雷達剖面二位波形圖。

技術人員借助計算機軟件對探地雷達收集的數據進行處理與解釋，便可獲得沿探測線的剖面下方的有關界面和地質結構的有關信息或地下目標體的內部結構特征信息。

3、應用案例

3.1 工程概況

湖北省某水電站工程為該河流梯級開發(fā)的第一級電站、龍頭水庫，以發(fā)電為主，最大庫容8.3億m3，電站總裝機2×90MW，該水電站大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，面板為不等厚結構，設計厚度為30～84cm（0.3+0.0035H），面板鋼筋為雙層雙向配筋，面板混凝土為聚丙烯纖維混凝土（C30W12F150）。

鋼筋凝土面板堆石壩面板混凝土施工完畢后，埋設在大壩L6、R2、R8三塊面板中間處的監(jiān)測傳感器數據異常，后經兩個月的持續(xù)加密監(jiān)測，數據異常得到確認。技術人員分析監(jiān)測傳感器發(fā)生數據異常的原因可能是混凝土面板產生了脫空（即混凝土面板和堆積的砂石料壩體之間產生了明顯的空隙）。

3.2 使用的主要儀器設備

該水電站大壩混凝土面板脫空檢測中使用的主要儀器設備如下：

（1）探地雷達，K2，意大利INGEGNERIA DEI SISITEMI公司。

（2）屏蔽天線，500MHZ，意大利INGEGNERIA DEI SISITEMI公司。

（3）數據采集系統(tǒng)，EKKO PRO，意大利INGEGNERIA DEI SISITEMI公司。

3.3 面板脫空檢測數據處理

根據檢測任務要求，并結合檢測現場的實際條件布置探地雷達探測剖面，檢測形成了若干數據。海量的數據記錄和數據圖的處理分析需要借助于數據處理系統(tǒng)，這里給出本次檢測中一段典型的雷達剖面二位波形圖見圖2。

在圖2中，在橢圓標識圈范圍之外，波形整齊有規(guī)律，結合已知面板厚度條件，判斷其面板介質均勻，底部與墊層距離一致，銜接較為均勻，推定介質較為密實，結合已知面板厚度條件，推定面板和墊層見沒有脫空；而在橢圓標識圈范圍內，波形紊亂，有較為強烈的同軸反射，說明介質有突變，結合已知面板厚度條件，推定為有脫空或混凝土局部疏松（具體對定量判別則需要借助數據處理系統(tǒng)）。

3.4 檢測結果

該水電站大壩混凝土面板本次共檢測26塊，其中壩軸線中部有面板16塊（L1～L7，R1～R9），寬度為16m；壩軸線兩端（即兩岸）有面板10塊（L8～L12，R10～R14），寬度為8m。我們將所測得的82條測線的雷達二維波形圖，結合已知條件，經過計算機數據處理系統(tǒng)解析后，給出了該水電站大壩混凝土面板脫空檢測結果，見圖3。

4、結論與展望

（1）使用探地雷達對該水電站工程進行混凝土面板脫空檢測，得到了比較理想的檢測結果，印證了大壩變形監(jiān)測數據，為工程設計和施工處理提供了依據。從后續(xù)填充處理（灌漿填充）情況看，填充灌漿量與給出的脫空檢測結果基本一致，解決了該工程施工中的實際問題。

（2）探地雷達在地質勘探階段的應用已經比較成熟，但是施工階段的應用，特別是水利水電工程檢測中的應用還有待推廣，本文可以視為一個應用案例。

（3）相比工程巖體，混凝土有更好的均質性，因此，理論上混凝土面板的雷達數據圖形能得到更好的解析。對于雷達儀器開發(fā)行業(yè)來說，可進一步研究雷達波在混凝土介質傳播特性，研發(fā)適用于傾斜角度、大面積平整界面、多個測道的差異化儀器，大力推廣這種高效的無損檢測技術。

參考文獻：

[1] 中華人名共和國水利部.水利水電工程物探規(guī)程SL326-2005[S].北京：中國水利水電出版社，2005.

[2] 張寧，錢振東，黃衛(wèi).水泥混凝土路面板下地基脫空狀況的評定與分析[J].公路交通科技，2004（01）：4-7.

[3] 成尚鋒，張海燕.地質雷達在混凝土面板脫空缺陷探測中的應用[J].路基工程，2008（04）：132-134.

[4] 鄧世坤.探地雷達在水利設施現狀及隱患探測中的應用[J].物探與化探，2000（04）：296-301.