探地雷達(dá)在堆石壩混凝土面板脫空檢測中的應(yīng)用案例

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

【關(guān)鍵詞】探地雷達(dá)（地質(zhì)雷達(dá)）；混凝土面板；面板脫空；檢測；水利水電工程

1、引言

探地雷達(dá)是采用高頻電磁波探測地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)與特征的電磁探測技術(shù)，該設(shè)備采用一對天線進(jìn)行探測，其中一個(gè)為發(fā)射天線，一個(gè)為接收天線，常用于地質(zhì)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(shí)踐中已然成熟。

例如東南大學(xué)的張寧等人已經(jīng)將探底雷達(dá)檢測技術(shù)應(yīng)用于道路混凝土脫空探測，成尚鋒等人也做了類似的實(shí)踐；中國地質(zhì)大學(xué)的鄧世坤則在海堤與江堤排查安全隱患的工作中進(jìn)行了探測應(yīng)用；此外，張逸在2015年前后對湖南省某運(yùn)行水庫大壩也進(jìn)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(jìn)行雷達(dá)探測的技術(shù)難點(diǎn)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(dá)對湖北省某水電站工程的混凝土面板進(jìn)行了脫空情況檢測，本文即是對該次檢測應(yīng)用案例的介紹。

2、探地雷達(dá)檢測原理

如圖1所示，探地雷達(dá)由發(fā)射天線（T）向地下介質(zhì)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(zhì)中傳播時(shí)，遇到介質(zhì)中的電磁性（電阻率、介電率及磁導(dǎo)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(jìn)行操作和控制現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與儲存。接收天線所接收的地下反射回波信號經(jīng)由光纖傳輸?shù)絻x器控制臺，并經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換成時(shí)間序列信號。在每一測點(diǎn)上的這種時(shí)間序列即構(gòu)成該測點(diǎn)的雷達(dá)波形記錄道，它包含該測點(diǎn)處所接收到的雷達(dá)波的幅度、相位及旅行時(shí)間等信息。由電腦所收集并存儲的每一測點(diǎn)上的雷達(dá)波形序列形成一個(gè)由若干記錄道組成的探地雷達(dá)剖面二位波形圖。

技術(shù)人員借助計(jì)算機(jī)軟件對探地雷達(dá)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與解釋，便可獲得沿探測線的剖面下方的有關(guān)界面和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的有關(guān)信息或地下目標(biāo)體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征信息。

3、應(yīng)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(jī)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(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)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(shè)在大壩L6、R2、R8三塊面板中間處的監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)異常，后經(jīng)兩個(gè)月的持續(xù)加密監(jiān)測，數(shù)據(jù)異常得到確認(rèn)。技術(shù)人員分析監(jiān)測傳感器發(fā)生數(shù)據(jù)異常的原因可能是混凝土面板產(chǎn)生了脫空（即混凝土面板和堆積的砂石料壩體之間產(chǎn)生了明顯的空隙）。

3.2 使用的主要儀器設(shè)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(shè)備如下：

（1）探地雷達(dá)，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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，EKKO PRO，意大利INGEGNERIA DEI SISITEMI公司。

3.3 面板脫空檢測數(shù)據(jù)處理

根據(jù)檢測任務(wù)要求，并結(jié)合檢測現(xiàn)場的實(shí)際條件布置探地雷達(dá)探測剖面，檢測形成了若干數(shù)據(jù)。海量的數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)圖的處理分析需要借助于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，這里給出本次檢測中一段典型的雷達(dá)剖面二位波形圖見圖2。

在圖2中，在橢圓標(biāo)識圈范圍之外，波形整齊有規(guī)律，結(jié)合已知面板厚度條件，判斷其面板介質(zhì)均勻，底部與墊層距離一致，銜接較為均勻，推定介質(zhì)較為密實(shí)，結(jié)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(biāo)識圈范圍內(nèi)，波形紊亂，有較為強(qiáng)烈的同軸反射，說明介質(zhì)有突變，結(jié)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(shù)據(jù)處理系統(tǒng)）。

3.4 檢測結(jié)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(dá)二維波形圖，結(jié)合已知條件，經(jīng)過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)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(jié)果，見圖3。

4、結(jié)論與展望

（1）使用探地雷達(dá)對該水電站工程進(jìn)行混凝土面板脫空檢測，得到了比較理想的檢測結(jié)果，印證了大壩變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，為工程設(shè)計(jì)和施工處理提供了依據(jù)。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(jié)果基本一致，解決了該工程施工中的實(shí)際問題。

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

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

參考文獻(xiàn)：

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