探地雷達在塑性混凝土防滲墻質量探測中的應用

鄒丹 儲冬冬 李琳

摘 要：目前塑性混凝土防滲墻廣泛應用于水庫堤防的防滲加固和基礎截滲中，常規的鉆芯、聲波透射等的防滲墻質量檢測方法均有一定的局限性。利用探地雷達高分辨率、結構無損、高效直觀等優點，在塑性混凝土防滲墻質量探測中進行了應用，在分析實測圖譜缺陷的基礎上，采用鉆芯法等進行驗證。結果表明，探地雷達法對塑性混凝土防滲墻質量探測效果較好，為防滲墻的無損檢測開辟了一條新的途徑。

關鍵詞：探地雷達、塑性混凝土、防滲墻、質量探測

中圖分類號：TV36 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）9-0025-02

塑性混凝土防滲墻具有施工技術成熟、力學特性好、彈性模量低、變形適應力強等優點，廣泛應用于水庫堤防的防滲加固及涵、閘基礎截滲等工程中[1]。由于混凝土防滲墻屬于地下隱蔽工程，施工過程中受地質條件、工藝技術水平等主客觀條件的制約，最終成墻中或多或少存在幅間搭建不良、墻體存在裂隙、孔洞等質量問題，局部缺陷的存在直接影響了墻體的整體防滲性能。

目前常采用鉆孔取芯法作為塑形混凝土防滲墻質量檢測的主要方法，本方法雖然直觀，但抽樣頻率低無法全范圍普查，且對墻體有損傷，易引起新的缺陷，隨著無損檢測技術的發展，訾洪利等利用聲波透射法對塑性混凝土防滲墻成墻質量進行了檢測[2]；薛云峰等對垂直反射法在混凝土防滲墻質量檢測進行了研究與應用[3]；宋洪明等將彈性波CT技術引入塑性混凝土防滲墻質量檢測中[4]。

近年來，探地雷達法檢測技術以其高分辨率、結構無損、高效直觀和抗干擾強等優勢，廣泛應用地質勘查，道路橋梁結構普查、水泥土攪拌樁防滲墻連續性探查中，本文將采用探地雷達法對塑性混凝土防滲墻的質量進行探測應用，在分析探測缺陷的識別方法基礎上，采用鉆芯法對探測圖譜中的缺陷部位進行驗證。

1 探地雷達基本原理和探測方式

1.1 基本原理

探地雷達主要由主機控制單元、發射天線和接受天線三個部分組成，主控單元控制發射天線將高頻電磁波（頻率為十兆赫至幾千兆赫）以脈沖形式向探測目標定向發射。當探測目標的介電常數、導電率或導磁率等電性參數存在差異時，下傳的高頻電磁波會在電性差異面上發生變化，一部分發生反射后返回地面，被接收天線所接收；而另一部分透過差異界面繼續向下傳播，在更深處的差異界面上發生反射，直到最終能量被完全吸收為止[5～6]。通過接收天線對波形、頻率和振幅發生變化的反射波信號進行收集，根據電磁波在物體內部傳播時的運動特性分析采集到的回波信號，剔除干擾，顯化特征后，就可對探測媒介的結構、尺寸等幾何參數以及媒介的物理參數進行具體的提取和解譯。

1.2 探測方法

探地雷達的主要測量方法包括剖面法、共中心點法和天線陣列法等，實際探測中，收發一體天線主要采用剖面法[5-6]。剖面法是指發射天線和接收天線沿探測線以固定間距同步移動的一種測量方法，在移動的過程中，主機控制單元通過接受天線以數字的形式記下每一道實測波形的數據，后續通過數據整編即可得到橫坐標為距離x（m），縱坐標為雙程走時t（ns）的探地雷達時間剖面圖[7]。

2 探測應用與分析

2.1 工程概括

揚州某閘站改擴建工程，根據工程實際地質情況，設計采用塑形混凝土防滲墻作為閘站底板四周圍封。防滲墻墻頂高程為-3.75m（廢黃河高程、下同），墻底高程-15.75m，理論墻深為12m，墻厚0.3m。參考配合比為水泥：砂子：石子：粘土：膨潤土：水：外加劑=135：640：920：145：70：280：0.36（重量比），要求所制成的塑性混凝土防滲墻的密度為19～22KN/m3，彈模值在300～1000MPa，28天的抗壓強度值大于2MPa，成墻后的滲透系數小于1×10-6cm/s，允許滲透比降大于60。

2.2 設備選用與測線布置

根據《水利水電工程物探規程》SL326-2005中相關要求，本次探測選用美國勞雷SIR-3000型便攜式探地雷達主機。在選用雷達天線時需綜合考慮探測深度和分辨率，中心頻率越低，能探測的深度越深，但是分辨率將會降低，過低的分辨率會導致小范圍的缺陷無法探出，因此在滿足探測深度的基礎上優先選用高頻率的天線。結合本工程塑性混凝土的深度和強度，選用瑞典Radar Team公司的SUBECH0-120MHz天線。

現場采用剖面法進行連續采集測量，測線布置于墻頂中心位置，測量前用油漆線標出，測量時天線緊貼標線正上方，采用測距輪打標測距定位。

2.3 實測圖譜分析與驗證

以泵室南側塑性混凝土防滲墻為例，實測圖譜如圖1所示。由實測圖譜后處理分析可知，本測段塑性混凝土防滲墻在距離起測點2.5m處，反射波同相軸發生錯動和畸變，結合波形圖詳細分析后推斷本處存在混凝土不密實現象，高程大概為-6.25～-8.75m范圍內；距離起測點7～8m處，同樣存在著反射波同相軸錯動和畸變的情況，結合波形圖和工程分幅施工資料，分析推斷本處為兩幅墻體搭接處，至上而下存在搭接不良的情況。

采用工程鉆機對起測點2.5m處至上而下鉆取芯樣進行驗證，所取芯樣在高程-6.8～-8.2m段存在疏松、夾泥和孔洞等不密實現象；對距離起測點7～8m兩幅墻體搭接處頂部進行挖機開挖探查，發現兩幅墻體在開挖深度內均未能搭接，墻間間距近0.5m，兩處探查情況均與探地雷達實測圖譜分析結果一致。后施工單位對兩處缺陷進行了相應的處理。

3 結語

塑性混凝土防滲墻在工程防滲領域應用較為廣泛，但目前尚無一套完善的無損質量檢測方法。本文將探地雷達引入塑性混凝土防滲墻質量檢測中，在介紹探地雷達法基本原理的基礎上，結合實際工程進行了應用，并對發現的疑似質量缺陷部位進行了鉆芯和開挖探查。通過探地雷達實測圖譜分析結果和鉆芯開挖探查情況的對比分析可知：采用探地雷達法對塑性混凝土防滲墻進行無損檢測，是一種有效、可行的技術，具有檢測準確度較高，缺陷定位準確，測量無損且時間短等優點，可以進行推廣應用。但在實際缺陷判斷時應結合地質資料和施工資料進行綜合分析判斷，并輔以鉆芯取樣或開挖檢測的方法進行最終確認。

參考文獻：

[1] 譚進軒. 水庫大壩混凝土防滲墻施工技術探究[J].中國水能及電氣化，2015，8（125）：18-21.

[2] 訾洪利，孫建軍. “聲波透射法”在塑性混凝土防滲墻檢測中的應用[J].江淮水利科技，2008，第6期：32-35.

[3] 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，2004，28（5）：467-469.

[4] 宋洪明，李東生. 彈性波CT 技術在塑性混凝土防滲墻質量檢測中的應用[J].水電與新能源，2013，增刊（總第113期）：64-67.

[5] 李大心. 探地雷達原理與應用[M ]. 北京：地質出版社， 1994.

[6] 儲冬冬，鄭東健，張磊. 探地雷達在震后水利工程病險探測中的應用[J].人民黃河，2009，31（3）：97-99.

[7] 曾昭發，劉四新，王者江等. 探地雷達方法原理及應用[M].北京：科學出版社，2006.

基金項目：江蘇省水利廳科技項目（20150816，2016017）