南水北調(diào)北京西四環(huán)暗涵六標(biāo)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(diào)北京西四環(huán)暗涵是穿越北京城區(qū)的大型建筑物，上接盧溝橋暗渠，下接團(tuán)城湖明渠，全長12.64 km，是南水北調(diào)中線總干渠末端的控制性工程。

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

暗涵結(jié)構(gòu)形式為復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)。超前支護(hù)采用超前小導(dǎo)管注漿加固，初期支護(hù)為格柵鋼架+噴射混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)厚度300 mm，混凝土強(qiáng)度等級C30；二次襯砌為模筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)厚度300 mm，混凝土強(qiáng)度等級C30、抗?jié)B等級S8防水混凝土。初期支護(hù)與二次襯砌之間設(shè)置防水夾層，防水材料為ECB/EVA防水復(fù)合板+無紡布。初期支護(hù)施工完畢及二次襯砌施工完成后，進(jìn)行背后回填灌漿，進(jìn)行初期支護(hù)與巖層以及初期支護(hù)與二次襯砌之間的空隙填充。

本次檢測的暗涵六標(biāo)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(jù)《混凝土壩養(yǎng)護(hù)修理規(guī)程》（SL230－98）和《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T5150-2001）。

2 檢測項(xiàng)目及方法

2.1 儀器設(shè)備

檢測中使用的儀器設(shè)備有中型回彈儀、SIR－2000型探地雷達(dá)儀。

2.2 混凝土強(qiáng)度的檢測

混凝土強(qiáng)度是衡量混凝土質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，通過對混凝土強(qiáng)度的檢測，可為正確評估混凝土結(jié)構(gòu)物的安全和穩(wěn)定提供可靠依據(jù)。

混凝土強(qiáng)度的檢測可分為無損和有損兩類?；貜椃ㄊ悄壳白钇毡槭褂玫幕炷翉?qiáng)度無損檢測方法，通過測定某些與混凝土抗壓強(qiáng)度具有一定相關(guān)關(guān)系的物理參量來推定混凝土的強(qiáng)度。回彈儀是回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)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(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T5150—2001）的規(guī)定，采用中型回彈儀對襯砌混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行檢測，并根據(jù)檢測的結(jié)果對混凝土的強(qiáng)度和均勻性進(jìn)行評定。

2.3 混凝土探地雷達(dá)檢測

2.3.1 探地雷達(dá)儀器

本次檢測采用美國地球物理勘探儀器設(shè)備公司（GSSI公司）生產(chǎn)的SIR-2000型探地雷達(dá)儀，根據(jù)探測目的，選用天線頻率為900MHz、400MHz，采用連續(xù)測量的工作方式。雷達(dá)探測透視掃描的所有記錄數(shù)據(jù)，在現(xiàn)場轉(zhuǎn)儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)硬盤上，對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，室內(nèi)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行詳細(xì)處理。數(shù)據(jù)與資料的處理基本可分為兩個(gè)階段：一是對記錄圖像進(jìn)行巡視，然后會(huì)診、查證、確認(rèn)標(biāo)志層與異常，確定詳細(xì)處理的有關(guān)參數(shù)和使用程序。二是用雷達(dá)專用軟件RADAN3.0V和圖像處理軟件等對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行正式處理，打印出圖。

2.3.2 探地雷達(dá)探測基本原理

探地雷達(dá)利用高頻電磁脈沖波的反射原理來實(shí)現(xiàn)探測目的，其反射脈沖信號的強(qiáng)度不僅與傳播介質(zhì)的波吸收程度有關(guān)，而且也與被穿透介質(zhì)界面的波反射系數(shù)有關(guān)，垂直界面入射的反射系數(shù)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(zhì)的導(dǎo)磁系數(shù)、相對介電常數(shù)和電導(dǎo)率,角標(biāo)1和2分別代表入射介質(zhì)和透射介質(zhì)。

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

探地雷達(dá)利用主頻為數(shù)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(fā)射器（T）發(fā)送至地下，經(jīng)地下目的體或地層的界面反射后返回地面，為雷達(dá)天線接收器（R）接受，其工作原理如圖1所示。

圖1 探地雷達(dá)工作原理示意圖

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

3 混凝土強(qiáng)度的檢測

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

脈沖波的行程為：

表1 混凝土回彈檢測結(jié)果表

4 混凝土襯砌的雷達(dá)檢測

探地雷達(dá)通過連續(xù)發(fā)射電磁波可對隧洞混凝土襯砌進(jìn)行連續(xù)掃描，探測混凝土的厚度、澆筑的均勻性，以及內(nèi)部有無較大的空洞等，從而可比較全面地反映探測區(qū)域的混凝土質(zhì)量。

4.1 雷達(dá)測線布置

根據(jù)現(xiàn)場情況和業(yè)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(dá)測線，測線總長140 m，檢測混凝土襯砌的密實(shí)度及內(nèi)部缺陷情況。

圖2 探地雷達(dá)測線布置圖

4.2 雷達(dá)外業(yè)技術(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)探測目的及隧洞襯砌混凝土的實(shí)際情況，分別選用了400MHz和900MHz天線，部分測線進(jìn)行了兩種天線的對比試驗(yàn)，采用連續(xù)測量工作方式，每2m或1.50m打一測量標(biāo)記，現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集參數(shù)選取的試驗(yàn)工作，確定增益、濾波等參數(shù)，確定每秒鐘掃描次數(shù)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(diǎn)增益自動(dòng)調(diào)整。

4.3 探測成果

由探地雷達(dá)檢測結(jié)果可知，檢測部位的混凝土襯砌厚度均勻，澆筑均勻密實(shí)，鋼筋分布均勻，鋼筋保護(hù)層厚度均勻。在測線范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)混凝土不密實(shí)、疏松和鋼筋稀少的現(xiàn)象，混凝土澆筑質(zhì)量較好。

5 檢測結(jié)論

通過對北京西四環(huán)暗涵六標(biāo)段指定的7倉混凝土襯砌現(xiàn)場檢測和檢測成果分析，得出以下結(jié)論：

從應(yīng)用回彈法檢測的混凝土推定強(qiáng)度結(jié)果中可以看出，各倉的混凝土回彈推定強(qiáng)度均＞40 MPa，都能滿足C30的設(shè)計(jì)要求，測得的混凝土回彈值離散性較小，說明混凝土澆筑質(zhì)量均勻性較好。

由探地雷達(dá)檢測結(jié)果可知，檢測部位的混凝土襯砌厚度均勻，澆筑均勻密實(shí)，鋼筋分布均勻，鋼筋保護(hù)層厚度均勻，混凝土澆筑比較均勻，質(zhì)量較好，在測線范圍內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)混凝土不密實(shí)和脫空的現(xiàn)象。