探地雷達技術(shù)在混凝土渠道滲漏檢測中的應(yīng)用

◎ 李熊凱 中交四航局第二工程有限公司

目前，探地雷達技術(shù)作為一種物探手段，因其快速、連續(xù)性、無破壞性、可視化等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于工程地質(zhì)勘察、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、資源勘探和工程質(zhì)量檢測領(lǐng)域。探地雷達技術(shù)在多個領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用日趨成熟，尤其是判別標(biāo)準(zhǔn)的確定、漏報誤報的控制等方面有了越來越多成熟的方法，應(yīng)用的效果越來越好。雖然在混凝土渠道滲漏檢測領(lǐng)域，探地雷達技術(shù)的應(yīng)用方興未艾，但已經(jīng)具備了很強的理論基礎(chǔ)。

沙特吉贊JIGCC取排水項目位于沙特吉贊經(jīng)濟城內(nèi)，是一個涵蓋水利、道路、橋梁、樁基、房建、地基加固、機電、儀控、通信、市政管道、海底HDPE管等多個專業(yè)的大型綜合性的EPC項目，本項目中，地上混凝土渠道總里程長度約9.3公里，渠道兩側(cè)均需使用砂土進行墻后回填，并有地下管線、維護道路等附屬工程。本工程引進探地雷達技術(shù)，對混凝土渠道滲漏情況進行了檢測，證明了此方法是準(zhǔn)確高效的，能夠提供可靠的檢測結(jié)果，消除工程隱患，確保工程質(zhì)量。

1.工作原理

探地雷達的工作原理在于通過發(fā)射天線，將高頻電磁波以定向脈沖的形式向地下發(fā)射。電磁波傳播于砂土介質(zhì)中，回填區(qū)干砂與滲點處濕砂介電常數(shù)的不相同，使得二者之間形成分界面，電磁波傳播至這些分界面時，一部分電磁波會反射回地面被設(shè)備天線所接收，疊加成異常信號，使用電腦軟件對反射回來的電磁波進行編譯，可生成可視化信號圖像，直觀地獲知滲點深度及對應(yīng)的測線里程。

2.設(shè)備選型

對于探地雷達設(shè)備的選型，最關(guān)鍵的指標(biāo)為探測深度和信號分辨率，雷達頻率越低其探測深度越深，但其信號分辨率越低。JIGCC項目渠道側(cè)墻覆土深度最深達至7m，經(jīng)對200MHz、170MHz、100MHz三類雷達設(shè)備性能的現(xiàn)場測試，最終選出探測深度及信號分辨率均能滿足要求的MALA X3M 100MHz型號探地雷達。

3.波速的確定

波速的確定及驗證，是探地雷達滲漏檢測技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，準(zhǔn)確的波速關(guān)聯(lián)著雷達實際探測深度，影響著設(shè)備的選型，因此需對已知埋深的物體進行探測，通過分析反射信號，確定電磁波速實際波速。經(jīng)過鋼筋混凝土箱涵和地下水界面反射測試，在本項目回填土中，電磁波速為0.14m/ns。

4.模擬試驗及滲漏點信號特征分析

為了驗證設(shè)備滲漏點的識別能力，同時收集滲漏點信號的特征作為一種判別依據(jù)，選取了一處無地下管線沖突的區(qū)域進行滲漏模擬試驗。測試路線長15m，布置4個測試點，其間距為1m，在測試點出插入PVC管，用于向土中灌水。

采集灌水前、后的模擬試驗數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)較之灌水前信號，測試點位置出現(xiàn)集中的異常信號，其特征為同相軸較連續(xù)，波形較為均一，且幅值強，出現(xiàn)多次信號。現(xiàn)場鉆孔取芯結(jié)果證明了異常信號位置出現(xiàn)明顯滲水。

5.檢測方法和判別標(biāo)準(zhǔn)

5.1 檢測方法

檢測方式主要有點測法和輪測法。點測法對路面平整度要求低，可兼容多種地況，但是設(shè)備挪動困難，需人工輸入測線長度，每隔20-30cm需設(shè)置里程樁，現(xiàn)場準(zhǔn)備工作量大。輪測法操作靈活、設(shè)備輕便、現(xiàn)場準(zhǔn)備工作量小，測試效率高，但僅限于平整路面，無法適用于復(fù)雜地況。結(jié)合本項目特點，檢測路徑位于瀝青路面之上，因此選用輪測法進行，大大提高了數(shù)據(jù)采集的工作效率。

采用輪測法采集放水前的基準(zhǔn)雷達信號、放水后30天的雷達信號，對照兩次數(shù)據(jù)在不同時間內(nèi)的差異，并結(jié)合現(xiàn)場隨機抽樣驗證，找出滲水位置。

5.2 判定滲漏的標(biāo)準(zhǔn)

首先，將所有異常信號與模擬試驗漏點信號特征進行比對，同時與現(xiàn)場混凝土渠墻體鋼筋、地下電纜等金屬物體、路燈、高壓線等干擾項的位置相結(jié)合，進行初步篩選和排除；然后，再按照以下方式找出渠道滲漏部位：

圖1 檢測信號

圖2 路燈干擾信號和車輛干擾信號

（1）異常信號在結(jié)構(gòu)縫附近。本工程中混凝土渠每隔42m設(shè)置一道伸縮縫，渠道與排水池、泄湖、消能池等其他結(jié)構(gòu)物之間設(shè)置有沉降縫，若異常信號出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)縫附近，則判定該結(jié)構(gòu)縫滲漏。

（2）異常信號離結(jié)構(gòu)縫較遠。對于異常信號出現(xiàn)在離結(jié)構(gòu)縫較遠的位置，若其信號特征非常明顯，則判定其為漏點；若其信號特征并不非常明顯，可對該位置再次進行局部的雷達檢測，驗證該信號特征是否為不確定干擾因素所引起的異常信號，如兩次信號特征一致，則判定其為漏點。

6.檢測應(yīng)用

采集渠道通水前、通水后30天CH200-CH300里程的雷達信號數(shù)據(jù)。如圖1a所示，放水前圖像顯示該區(qū)域信號平穩(wěn)，無金屬結(jié)構(gòu)物、強磁場結(jié)構(gòu)物等引起的異常點。圖1a與圖1b進行比較，發(fā)現(xiàn)CH260里程處出現(xiàn)振幅較強的低頻多次振蕩信號，該類信號符合模擬實驗所得的滲水信號基本特征，由于該里程處混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)有伸縮縫，則判定該伸縮縫發(fā)生滲漏。

隨機選取三處判定為漏點的位置，鉆孔取芯復(fù)核雷達檢測結(jié)果。取芯土樣顯示，深層土中含有明顯的積水，該土層深度與雷達滲水信號出現(xiàn)的里程、深度一致，證明探地雷達在本工程滲漏檢測工作中的應(yīng)用是有效的、成功的。

7.干擾信號特征分析

整理并分析現(xiàn)階段已測數(shù)據(jù)，現(xiàn)場干擾項主要有已通電的路燈和駛?cè)胲囕v的干擾，掌握這些雷達信號特征規(guī)律，有利于快速排除其他異常信號，縮小滲漏信號的范圍。圖2中出現(xiàn)幾處周期性的圓弧狀異常信號，為25m間距的燈桿電纜引起的干擾，另外，在CH1086里程點出現(xiàn)一個短促的異常信號，為車輛干擾信號。

干擾信號的特征表現(xiàn)在能量大小、空間距離和持續(xù)時間上，從圖3可以清晰地發(fā)現(xiàn)，干擾信號的能量大小往往不同于其他里程位置的信號，路燈地干擾信號的距離間隔有明顯的規(guī)律，駛?cè)胲囕v的干擾信號，其持續(xù)時間明顯較短。

8.結(jié)語

本項目引入探地雷達技術(shù)應(yīng)用于混凝土渠的滲漏檢測中，準(zhǔn)確、快速、可靠地檢測了混凝土渠道地滲漏情況，加快了工程進度，保證了工程質(zhì)量。同時，證明了探地雷達技術(shù)是一項有效的滲漏檢測手段，值得推廣。

今后在推廣探地雷達滲漏檢測的過程中，應(yīng)當(dāng)大量收集、分析、對比和整理滲漏點異常信號和各類干擾信號的特征，目前信號特征的分析還停留在最直觀的層面—時域特征和空間域特征，主要歸結(jié)于能量大小、持續(xù)時間和空間位置三個參數(shù)，使得信號特征僅能作為判別的參考或初篩條件，應(yīng)當(dāng)進一步分析信號在頻域和時頻域的特征，如峰值頻率、主要頻帶、峰值頻率隨時間的變化規(guī)律等，明確全面的滲漏點異常信號的識別閾值。

不同狀態(tài)、不同類別的巖土體介電常數(shù)不同，要增強探地雷達技術(shù)在滲漏檢測中的實用性，必須對各類巖土體滲漏點異常信號和干擾信號的信號特征進行分類整理，提高該項技術(shù)在各類地質(zhì)情況下的適用性。