探地雷達在塑性混凝土防滲墻質(zhì)量探測中的應(yīng)用

鄒丹 儲冬冬 李琳

摘 要：目前塑性混凝土防滲墻廣泛應(yīng)用于水庫堤防的防滲加固和基礎(chǔ)截滲中，常規(guī)的鉆芯、聲波透射等的防滲墻質(zhì)量檢測方法均有一定的局限性。利用探地雷達高分辨率、結(jié)構(gòu)無損、高效直觀等優(yōu)點，在塑性混凝土防滲墻質(zhì)量探測中進行了應(yīng)用，在分析實測圖譜缺陷的基礎(chǔ)上，采用鉆芯法等進行驗證。結(jié)果表明，探地雷達法對塑性混凝土防滲墻質(zhì)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(guān)鍵詞：探地雷達、塑性混凝土、防滲墻、質(zhì)量探測

中圖分類號：TV36 文獻標(biāo)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(shù)成熟、力學(xué)特性好、彈性模量低、變形適應(yīng)力強等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于水庫堤防的防滲加固及涵、閘基礎(chǔ)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(zhì)條件、工藝技術(shù)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(zhì)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(zhì)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(shù)的發(fā)展，訾洪利等利用聲波透射法對塑性混凝土防滲墻成墻質(zhì)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(zhì)量檢測進行了研究與應(yīng)用[3]；宋洪明等將彈性波CT技術(shù)引入塑性混凝土防滲墻質(zhì)量檢測中[4]。

近年來，探地雷達法檢測技術(shù)以其高分辨率、結(jié)構(gòu)無損、高效直觀和抗干擾強等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用地質(zhì)勘查，道路橋梁結(jié)構(gòu)普查、水泥土攪拌樁防滲墻連續(xù)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(zhì)量進行探測應(yīng)用，在分析探測缺陷的識別方法基礎(chǔ)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(fā)射天線和接受天線三個部分組成，主控單元控制發(fā)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(biāo)定向發(fā)射。當(dāng)探測目標(biāo)的介電常數(shù)、導(dǎo)電率或?qū)Т怕实入娦詤?shù)存在差異時，下傳的高頻電磁波會在電性差異面上發(fā)生變化，一部分發(fā)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(xù)向下傳播，在更深處的差異界面上發(fā)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(fā)生變化的反射波信號進行收集，根據(jù)電磁波在物體內(nèi)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(jié)構(gòu)、尺寸等幾何參數(shù)以及媒介的物理參數(shù)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(fā)一體天線主要采用剖面法[5-6]。剖面法是指發(fā)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(shù)字的形式記下每一道實測波形的數(shù)據(jù)，后續(xù)通過數(shù)據(jù)整編即可得到橫坐標(biāo)為距離x（m），縱坐標(biāo)為雙程走時t（ns）的探地雷達時間剖面圖[7]。

2 探測應(yīng)用與分析

2.1 工程概括

揚州某閘站改擴建工程，根據(jù)工程實際地質(zhì)情況，設(shè)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(shù)小于1×10-6cm/s，允許滲透比降大于60。

2.2 設(shè)備選用與測線布置

根據(jù)《水利水電工程物探規(guī)程》SL326-2005中相關(guān)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(dǎo)致小范圍的缺陷無法探出，因此在滿足探測深度的基礎(chǔ)上優(yōu)先選用高頻率的天線。結(jié)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(xiàn)場采用剖面法進行連續(xù)采集測量，測線布置于墻頂中心位置，測量前用油漆線標(biāo)出，測量時天線緊貼標(biāo)線正上方，采用測距輪打標(biāo)測距定位。

2.3 實測圖譜分析與驗證

以泵室南側(cè)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(fā)生錯動和畸變，結(jié)合波形圖詳細分析后推斷本處存在混凝土不密實現(xiàn)象，高程大概為-6.25～-8.75m范圍內(nèi)；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(jié)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)兩幅墻體在開挖深度內(nèi)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(jié)果一致。后施工單位對兩處缺陷進行了相應(yīng)的處理。

3 結(jié)語

塑性混凝土防滲墻在工程防滲領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，但目前尚無一套完善的無損質(zhì)量檢測方法。本文將探地雷達引入塑性混凝土防滲墻質(zhì)量檢測中，在介紹探地雷達法基本原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際工程進行了應(yīng)用，并對發(fā)現(xiàn)的疑似質(zhì)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(jié)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(shù)，具有檢測準(zhǔn)確度較高，缺陷定位準(zhǔn)確，測量無損且時間短等優(yōu)點，可以進行推廣應(yīng)用。但在實際缺陷判斷時應(yīng)結(jié)合地質(zhì)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(shù)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(yīng)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(yīng)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(shù)在塑性混凝土防滲墻質(zhì)量檢測中的應(yīng)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(yīng)用[M ]. 北京：地質(zhì)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(yīng)用[J].人民黃河，2009，31（3）：97-99.

[7] 曾昭發(fā)，劉四新，王者江等. 探地雷達方法原理及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

基金項目：江蘇省水利廳科技項目（20150816，2016017）