地質(zhì)雷達(dá)在建筑物配筋檢測中的應(yīng)用

蓋 雪 梅

(南京大學(xué)金陵學(xué)院，江蘇 南京 210089)

地質(zhì)雷達(dá)在建筑物配筋檢測中的應(yīng)用

蓋 雪 梅

(南京大學(xué)金陵學(xué)院，江蘇 南京 210089)

以南京大學(xué)金陵學(xué)院玉輝樓前的混凝土板面層配筋為例，介紹了地質(zhì)雷達(dá)的工作原理，闡述了采用地質(zhì)雷達(dá)對建筑物中鋼筋進(jìn)行檢測的步驟與數(shù)據(jù)處理方法，指出地質(zhì)雷達(dá)是一種快速、準(zhǔn)確的探測技術(shù)，在工程檢測方面具有良好的應(yīng)用效果。

地質(zhì)雷達(dá)，建筑物配筋，探測技術(shù)，數(shù)據(jù)處理

近些年來,由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的日益凸顯,大量的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因各種原因提前失效，達(dá)不到預(yù)定的使用年限，不得不提前進(jìn)行加固和維修。在建筑物加固之前,須對建筑物中鋼筋的數(shù)量、直徑、位置、保護(hù)層厚度以及鋼筋的銹蝕程度進(jìn)行檢測,以便對耐久性做出準(zhǔn)確的評價。

地質(zhì)雷達(dá)[1]是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種高精度無損探測技術(shù)，它具有分辨率高，能探測地下金屬、非金屬體，抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)時圖像顯示等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成功的應(yīng)用于工程檢測和地質(zhì)勘查當(dāng)中。本文以南京大學(xué)金陵學(xué)院玉輝樓前的混凝土板面層配筋為例，簡要介紹了地質(zhì)雷達(dá)在建筑物配筋檢測中的應(yīng)用以及地質(zhì)雷達(dá)圖像的處理與解釋。

1 地質(zhì)雷達(dá)工作原理

地質(zhì)雷達(dá)主要由主機(jī)、天線(屏蔽天線和非屏蔽天線)和傳輸光纜組成。在條件良好的情況下，探測的地下深度可達(dá)30 m～50 m。天線分為發(fā)射天線和接收天線。發(fā)射天線可以向地下發(fā)射106Hz～109Hz的電磁波，電磁波在地下介質(zhì)傳播過程中，當(dāng)遇到具有不同的物理性質(zhì)的物體(如介電常數(shù)有差異的物體如空洞、地下管道、金屬等)時，電磁波在各介質(zhì)的分界面上會發(fā)生反射，返回地面被接收天線接收。電磁波行程所需的時間為：

(1)

其中,z為目標(biāo)體的深度；x為雷達(dá)發(fā)射天線與接收天線的距離；v為雷達(dá)波在介質(zhì)中傳播的速度。

高頻電磁波在傳播時，其路徑、波形與電磁場強(qiáng)度將隨所通過介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化，因此，對接收到的雷達(dá)反射回波走時、幅度及波形資料進(jìn)行處理和分析，可以推斷出地下界面或地質(zhì)體的空間位置和結(jié)構(gòu)。利用地質(zhì)雷達(dá)法檢測建筑物配筋就是基于這樣的原理[2]。

2 現(xiàn)場探測技術(shù)

對目標(biāo)物進(jìn)行檢測時，對測量區(qū)域通常采取網(wǎng)格式掃描[3]的方法。這是因為當(dāng)沿著某一個方向的測試路線掃描時，在雷達(dá)圖上只能清楚的識別和測線垂直方向的鋼筋，每個拋物線代表一根鋼筋，拋物線的頂點(diǎn)位置一般是鋼筋的上表面，中心點(diǎn)是鋼筋軸心的水平位置。因此，當(dāng)要對雙層網(wǎng)狀鋼筋進(jìn)行檢測時，就必須對檢測區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格式掃描。當(dāng)只需進(jìn)行一個方向的配筋情況檢測時，可沿垂直鋼筋的方向拖動天線。

在本次鋼筋檢測中，采用的是瑞典MALA公司生產(chǎn)的雷達(dá)以及系列天線。各種天線探測深度不同，天線頻率大的，在介質(zhì)中衰減的速度快，探測深度??；天線頻率小的，在介質(zhì)中衰減的速度慢，探測深度大?？紤]到面層鋼筋埋深不是很大，所以選擇的天線是800MHz屏蔽天線?，F(xiàn)場探測得到的雷達(dá)圖像如圖1所示。

3 圖像處理與解釋

地質(zhì)雷達(dá)通過野外采集得到的原始數(shù)據(jù)中既包含有用信息，也包含各種噪聲。地質(zhì)雷達(dá)輻射出的電磁波脈沖在地下傳播過程中，能量會產(chǎn)生球面衰減，會由于介質(zhì)對波能量的吸收而減弱，大地對電磁波的低通濾波特征使回波信號的高頻成分受到大量衰減。當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)不均勻時還會發(fā)生散射、反射和透射。地面及空氣的電磁波強(qiáng)反射體也會將輻射到空氣中的少量雷達(dá)波反射回雷達(dá)接收天線。在探地雷達(dá)法探查中，一般采用寬頻帶接收以保持盡可能多的電磁脈沖反射波特征，因此，雷達(dá)記錄中除了包含來自探查目標(biāo)體的各種有效信號外，也夾雜了許多不需要的干擾波。雷達(dá)資料處理主要是為了壓制干擾波、突出有用信號，提高資料信噪比，以便從數(shù)據(jù)中提取速度、振幅、頻率、相位等特征信息，幫助解釋人員對資料進(jìn)行地質(zhì)解釋。

目前，數(shù)據(jù)處理主要是對記錄波形做處理，可以采用多次測量的平均值來壓制隨機(jī)干擾，采用道平均和道間平均以壓制目的體的雜亂回波，改善背景，做合適的時變增益或控制增益來補(bǔ)償因介質(zhì)吸收造成的能量衰減和抑制雜波，做濾波處理以除去高頻雜波來突出目的體[4]。

數(shù)據(jù)處理軟件GroundVision中自帶濾波處理功能，濾波后的雷達(dá)圖像如圖2所示。

雷達(dá)圖像濾波后，為了能準(zhǔn)確的從圖中讀出鋼筋的埋深以及保護(hù)層厚度，需要對圖像進(jìn)行調(diào)零處理。

調(diào)零后的鋼筋在地質(zhì)雷達(dá)中的反映圖如圖3所示。

經(jīng)過處理后的雷達(dá)圖像如圖4所示。

從圖4中可以看出：

1)鋼筋的保護(hù)層厚度0.06m，即鋼筋的埋置深度0.06m；

2)鋼筋之間的間距為0.13m，在測線長度4m的水平方向上，縱向分布著30根鋼筋。

4 結(jié)語

根據(jù)MALA公司系列地質(zhì)雷達(dá)在南京大學(xué)金陵學(xué)院玉輝樓前對混凝土板的鋼筋檢測試驗中得出以下結(jié)論：

1)地質(zhì)雷達(dá)作為一種快速、高效、經(jīng)濟(jì)的高新探測技術(shù)，在混凝土鋼筋配筋檢測中具有良好的效果，能夠清楚的分辨出混凝土體內(nèi)的鋼筋的分布、鋼筋的間距以及鋼筋的埋深。

2)應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)在現(xiàn)場就可以立刻給出檢測結(jié)果，這樣我們就可以快速、準(zhǔn)確、優(yōu)質(zhì)的解決施工維修的問題。

3)地質(zhì)雷達(dá)作為一種高效的檢測技術(shù)應(yīng)用于建筑物配筋檢測是完全可行的，可以得到進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。

[1] 胡德昭.地球物理學(xué)原理及應(yīng)用[M].南京：南京大學(xué)出版社，1995.

[2] 洪立波，李學(xué)軍.城市地下管線探測技術(shù)與工程項目管理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[3] 王正成，王新泉.地質(zhì)雷達(dá)在建筑工程無損檢測中的應(yīng)用[A].地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)及其在工程檢測中的應(yīng)用學(xué)術(shù)研討會[C].2005.

[4] 張進(jìn)華，馬廣玲，姚成虎，等.探地雷達(dá)在地下管線探測中的應(yīng)用[A].中國國際地球電磁學(xué)術(shù)討論會[C].2003.

Application of Ground Penetrating Radar in detecting building reinforcement

Ge Xuemei

(JinlingCollegeofNanjingUniversity,Nanjing210089,China)

Take reinforcement of concrete pavement in front of Yuhui building for example, the paper introduces working principle of GPR, the step of checking reinforcement in building and methods of data handling simply, pointed out that the Ground Penetrating Radar(GPR) was a fast and accurate detection technology, had good application effect in engineering detection aspect.

GPR, building reinforcement, detection technology, data handling

1009-6825(2017)03-0036-03

2016-11-14

蓋雪梅(1985- )，女，講師

TU317

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