探地雷達(dá)在水利工程檢測中的應(yīng)用

任文浩

(河南省水利第一工程局，河南 鄭州 450000)

探地雷達(dá)檢測方法是一種無需破壞被檢測物品，即可勘測到地質(zhì)結(jié)構(gòu)、目標(biāo)物體的檢測方式。尤其是在水利工程檢測中，探地雷達(dá)的應(yīng)用性較強(qiáng)。水利工程在建設(shè)過程中會涉及擋墻施工、裂縫、滲漏、工程質(zhì)量等檢測問題，這就需要運(yùn)用探地雷達(dá)進(jìn)行檢測，從而得出科學(xué)合理的結(jié)論，為進(jìn)一步施工提供恰當(dāng)?shù)慕ㄗh與對策。水利工程建設(shè)，不僅受到建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)、使用期限等因素的影響，還會受到天氣、地理位置、溫度變化等因素的影響。

在水利工程檢測中，運(yùn)用探地雷達(dá)向目標(biāo)物體發(fā)射電磁波，然后接受反射回來的電磁波圖像與數(shù)據(jù)，通過圖像數(shù)據(jù)分析手段進(jìn)行處理，從而確定最終檢測結(jié)果[1]。此時(shí)，水利工程建筑人員就可以根據(jù)檢測結(jié)果，選擇正確的解決措施，推進(jìn)水利工程建設(shè)工作更加順利的完成，也確保水利工程的施工質(zhì)量達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。目前，探地雷達(dá)在水利工程中的應(yīng)用范圍已經(jīng)非常廣泛，例如：泵站工程質(zhì)量檢測、城市地下管網(wǎng)檢測、防滲墻建設(shè)、堤壩滲漏情況檢測等，都能夠看到探測雷達(dá)工作的身影。

1 探地雷達(dá)在水利工程檢測中的工作原理

探地雷達(dá)在水利工程檢測中的工作原理，主要是運(yùn)用其發(fā)射的電磁波，經(jīng)過檢測物體的反射，來確定物體所在的位置與性質(zhì)，從而得到圖像與數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步分析提供原始資料。探地雷達(dá)，從外部來看，主要是由主機(jī)、天線和配件組成；從內(nèi)部來看，主要是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、雷達(dá)電路系統(tǒng)、放大器、轉(zhuǎn)換器、發(fā)射器和接收器組成，具體探地雷達(dá)檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 探地雷達(dá)檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

探地雷達(dá)在水利工程檢測過程中，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出指令，設(shè)置天線參數(shù)配置，經(jīng)由探地雷達(dá)電路系統(tǒng)向發(fā)射器、反射器、放大器、轉(zhuǎn)換器同時(shí)發(fā)出指令，發(fā)射器發(fā)射高頻電磁波經(jīng)反射器反射到雷達(dá)電路系統(tǒng)，再由此向放大器傳輸信號經(jīng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換返回到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從而得出探地雷達(dá)檢測圖像與相關(guān)數(shù)據(jù)[2]。圖像與相關(guān)數(shù)據(jù)主要包括電磁波反射的時(shí)間、電磁波的波形、振幅等內(nèi)容，通過這些內(nèi)容利用專業(yè)知識可以較容易地判斷出檢測物體的形態(tài)、距地面深度、位置等，準(zhǔn)確把握水利工程檢測物體情況，提升水利工程建設(shè)質(zhì)量。

2 探地雷達(dá)在水利工程裂縫檢測中的應(yīng)用

水利工程中的裂縫，根據(jù)其產(chǎn)生的原因可以分為4種，分別是干縮裂縫、沉降裂縫、層間裂縫與溫度裂縫。當(dāng)然，水利工程裂縫的產(chǎn)生是在所難免的。一旦發(fā)現(xiàn)水利工程存在裂縫，必須立刻進(jìn)行修復(fù)與完善，以免造成更大的危險(xiǎn)與損失。裂縫產(chǎn)生之后，內(nèi)部充滿氣體，外部則是建筑材料與水，由此裂縫與裂縫周圍的介電常數(shù)將存在較大差異。正是由于差異的存在，才使得探地雷達(dá)在水利工程裂縫檢測中有了用武之地。

水利工程存在裂縫時(shí)，其探地雷達(dá)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳輸出的圖像將呈現(xiàn)出不連續(xù)、振幅變大、波幅減小，高頻率電磁波的部分在裂縫底部得到了增強(qiáng)。具體的表現(xiàn)可以分為2種：第一種，裂縫屬于不均勻沉淀裂縫，此時(shí)圖像將呈現(xiàn)出傾向性，介電常數(shù)差異性較??；第二種，裂縫屬于滑坡裂縫，此時(shí)反射現(xiàn)象增強(qiáng)，圖像部分?jǐn)嗔?，波形會出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象，圖像之間有交叉移位等現(xiàn)象[3]。通過探地雷達(dá)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳輸出的圖像，以及介電常數(shù)變化情況，可以清晰地發(fā)現(xiàn)水利工程中裂縫問題的存在，從而判斷水利工程中裂縫現(xiàn)象的嚴(yán)重程度，全方位發(fā)現(xiàn)裂縫造成的水利工程破壞程度，從而幫助水利工程工作人員在不影響水利工程整體施工情況下進(jìn)行裂縫的修復(fù)與彌補(bǔ)，降低水利工程裂縫造成的經(jīng)濟(jì)損失。

3 探地雷達(dá)在水利工程滲漏檢測中的應(yīng)用

在水利工程建設(shè)過程中滲漏是最容易出現(xiàn)的，也是最普遍的現(xiàn)象，它屬于隱藏性安全隱患，等到發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，其滲漏現(xiàn)象也是非常明顯，破壞程度也是非常嚴(yán)重。造成水利工程滲漏現(xiàn)象出現(xiàn)的原因有許多，例如：防滲漏工程處理不當(dāng)、防滲漏措施年久失修、工程基礎(chǔ)地基存在問題等。在水利工程滲漏檢測中引入探地雷達(dá)檢測方式，這些問題就可以迎刃而解。

目前，我國水利工程建設(shè)主要采用的是混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)由于水壓的存在導(dǎo)致裂縫變大變寬從而出現(xiàn)滲漏。在利用探地雷達(dá)檢測水利工程滲漏現(xiàn)象時(shí)，仍然是通過分析計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的圖像與數(shù)據(jù)[4]。如果被檢測的水利工程不存在滲漏現(xiàn)象，圖像中的線條將連續(xù)、平緩，波形穩(wěn)定；如果被檢測的水利工程存在滲漏現(xiàn)象，其圖像中的波形將變陡峭、不連續(xù)、波長變長、頻率降低。水利工程存在滲漏現(xiàn)象時(shí)，滲漏位置和周圍環(huán)境都屬于一種飽和形態(tài)，該位置的介電常數(shù)比未滲漏位置的介電常數(shù)要大，其導(dǎo)電率也是變大的。而波形出現(xiàn)不連續(xù)，也是滲漏現(xiàn)象的表現(xiàn)，滲漏位置內(nèi)部是中空、松散的，從而導(dǎo)致出現(xiàn)扭曲、斷裂現(xiàn)象。

4 探地雷達(dá)在水利工程質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

在水利工程完成之后，最重要的工作就是對工程建設(shè)質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收與檢測，這時(shí)就需要應(yīng)用到探地雷達(dá)。探地雷達(dá)可以清晰直觀地對水利工程整體性能進(jìn)行科學(xué)評判，對水利工程質(zhì)量進(jìn)行檢測與評定，準(zhǔn)確定位水利工程中存在的不安全因素等。

在水利工程質(zhì)量檢測中，應(yīng)用探地雷達(dá)的第一步就是測線布置，根據(jù)水利工程實(shí)際建設(shè)情況，可以繪制如圖2所示的探地雷達(dá)現(xiàn)場測線布置圖，從而通過水利工程實(shí)際數(shù)據(jù)，選擇探地雷達(dá)的測線位置。探地雷達(dá)的測線位置就是探地雷達(dá)在水利工程檢測中的設(shè)備安裝位置，也是探地雷達(dá)天線與電纜安裝位置。

圖2 探地雷達(dá)檢測現(xiàn)場測線布置

在確定測線位置之后，就是通過計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)置探地雷達(dá)的天線參數(shù)配置。為了能夠準(zhǔn)確獲得數(shù)據(jù)與圖像，探地雷達(dá)天線頻率主要選擇高頻率，例如表1中分別為110、200、300Hz。

在確定探地雷達(dá)的天線頻率之后，其測量速度、采樣數(shù)量、介電常數(shù)、增益點(diǎn)數(shù)等都會隨之確定。

在探地雷達(dá)檢測前期工作準(zhǔn)備好之后，就可以利用探地雷達(dá)進(jìn)行水利工程質(zhì)量檢測。由專業(yè)人員將探地雷達(dá)布置在被檢測的水利工程現(xiàn)場，布置時(shí)要避免探地雷達(dá)天線被異物纏繞、刮碰等，確保電纜與天線的安全，避免出現(xiàn)拖拽等現(xiàn)象[5]。在數(shù)據(jù)分析時(shí)，為了能夠得出更加準(zhǔn)確的結(jié)論，可以將圖像每隔20m劃分成為一個(gè)部分，在圖像中將水利工程中的設(shè)施明確標(biāo)記出來。如果在設(shè)施安裝處出現(xiàn)問題，能夠在圖像中準(zhǔn)確快速地找到位置，一旦出現(xiàn)圖像斷開、上抬等現(xiàn)象，就可以判斷水利工程設(shè)施安裝過程中存在的安裝不牢固問題。

表1 探地雷達(dá)的天線參數(shù)配置

實(shí)踐證明，探地雷達(dá)能夠在水利工程質(zhì)量檢測中發(fā)揮重要作用，能夠在水利工程中得到廣泛應(yīng)用，其得出的結(jié)論是準(zhǔn)確的、可執(zhí)行的，能夠準(zhǔn)確判斷水利工程質(zhì)量是否存在問題[6]。探地雷達(dá)獨(dú)特的無損害性，為水利工程質(zhì)量檢測工作提供了有效工具，幫助水利工作人員有效地檢測水利工程完工情況。除此之外，還可以通過探地雷達(dá)，尋找到水利工程質(zhì)量問題存在的確切位置，提高了工作效率。因此，在水利工程質(zhì)量檢測中，可以加強(qiáng)探地雷達(dá)的應(yīng)用，在提高水利工程建設(shè)效率基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步提升水利工程建設(shè)質(zhì)量。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)的水利工程檢測方法，隨著水利工程建設(shè)要求的提高，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足現(xiàn)實(shí)需求。因此，探地雷達(dá)在水利工程檢測中的應(yīng)用變得越來越重要[7]。通過介紹探地雷達(dá)在水利工程檢測中的工作原理，以及探測雷達(dá)在水利工程裂縫檢測、滲漏檢測以及質(zhì)量檢測中的具體應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)探地雷達(dá)在水利工程實(shí)際檢測過程發(fā)揮著重要作用，為水利工程建設(shè)提供更加便捷的檢測方式，推動我國水利工程檢測事業(yè)向前發(fā)展。探地雷達(dá)不需要破壞水利工程結(jié)構(gòu)，其檢測方式簡便，耗用時(shí)間短，檢測結(jié)果精確，只需要通過分析圖像與相關(guān)數(shù)據(jù)就可以得出檢測結(jié)果，可以說是目前最為高效的水利工程檢測方法之一。