無損檢測技術(shù)在水利工程質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

張懿

（山東省建筑科學(xué)研究院有限公司，濟(jì)南250031）

1 無損檢測技術(shù)的概述

無損檢測技術(shù)最早被提出和應(yīng)用是在1906 年，經(jīng)過不斷的發(fā)展和改進(jìn)，因較強的現(xiàn)場作業(yè)和遠(yuǎn)距離作業(yè)優(yōu)勢，其在水利工程質(zhì)量檢測中得到了廣泛應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)的技術(shù)手段，無損檢測技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前水利工程中不可或缺的重要技術(shù)，它的科學(xué)合理性以及不斷智能化的發(fā)展趨勢，使其在未來發(fā)展中擁有非常廣闊的應(yīng)用前景。

2 地質(zhì)雷達(dá)法對混凝土強度質(zhì)量的檢測

地質(zhì)雷達(dá)法是一種目前檢測中常用的方法，其工作原理為借助超高頻電磁波探測介質(zhì)電性分布。在檢測過程中，需要通過發(fā)射天線，將高頻電磁脈沖以寬頻帶短脈沖的形式發(fā)送至混凝土內(nèi)部，電磁脈沖在遇到不同電性介質(zhì)分界面會發(fā)生反射或散射，接收天線可接收這些信號，對信號進(jìn)行分析，采用公式計算出結(jié)果。在這一過程中，高頻電磁脈沖傳播的路徑及波形，會隨著介質(zhì)的電性質(zhì)、幾何形態(tài)發(fā)生變化，也就是說，如若混凝土介層存在空洞，會使得雷達(dá)剖面相位、幅度發(fā)生變化，故而能夠發(fā)現(xiàn)施工缺陷。此外，電磁波在遇到鋼筋會全部反射回來，在雷達(dá)剖面上顯示強異常，借此可剖析混凝土中鋼筋分布的情況。綜合探地雷達(dá)接收到的所有信息，與常見混凝土介質(zhì)電參數(shù)進(jìn)行對比，基本上可以判斷出介質(zhì)的存在與分布情況，從而綜合判斷施工缺陷。

3 對金屬的無損檢測技術(shù)

3.1 防腐涂層檢測

在水利工程中會大量使用金屬材料以保證建筑的整體性和承重能力，因此，對金屬材料的檢測價值突出。目前，常用的無損檢測技術(shù)為防腐涂層檢測。要求對涂層厚度以及致密性進(jìn)行測定，再結(jié)合力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行綜合測定，涂層厚度、致密性越高，金屬結(jié)構(gòu)的防氧化、防腐蝕能力越理想。在實際進(jìn)行測定時，一般應(yīng)用磁性檢漏法了解金屬涂層內(nèi)部狀況，包括損失情況以及是否存在疏松和針孔等，如果涂層厚度損失超過25%，應(yīng)給予補充，如果涂層出現(xiàn)大量針孔和較為嚴(yán)重的疏松，應(yīng)重進(jìn)行防腐涂層的處理[1]。

3.2 焊縫檢測

焊縫檢測屬于一種專項檢測技術(shù)，該項技術(shù)強調(diào)了解焊縫位置的探傷，通過分析探傷和截面信息的手段了解金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量信息。在實際工作中通常使用數(shù)字探傷儀和斜波法超聲檢測，焊縫缺陷的特異性在斜波法超聲檢測下會十分明顯，能夠比較全面地展示焊接截面的基本狀況，如果構(gòu)件的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，可以應(yīng)用磁粉或者射線法進(jìn)行檢測。上述檢測法的數(shù)據(jù)都可以應(yīng)用數(shù)字化設(shè)備直接展示，有利于發(fā)現(xiàn)構(gòu)件質(zhì)量問題，及時進(jìn)行處理。

4 以某工程為例介紹地質(zhì)雷達(dá)法的應(yīng)用

4.1 工程概況

某設(shè)計面積超過160km2的水庫于1974 年竣工，全長約54km 的水庫圍堤在東南、東、北、西和西南有5 個圍堤。水庫和公路路堤的共建段約4km，其樁號起點約5+500m，終點樁號約為9+500m。公路在經(jīng)過翻修后通車約6 年的時間，在公路與水庫路堤的共建段（樁號為8+000～9+000）發(fā)現(xiàn)了縱向裂縫。縱向裂縫主要分布在從北到南的公路路面上（約占路面縱向裂縫的80%），其在車道輪跡帶處出現(xiàn)較多，距離混凝土路面的邊緣為1.5m。而在從南到北方向出現(xiàn)縱向裂縫較少。

現(xiàn)場調(diào)查之后發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)雷達(dá)必須在8+000~9+000 公路樁之間的1km 現(xiàn)場檢測。需要使用100MHz 天線對8+000 和9+000 堤頂安裝的2 條測量線進(jìn)行連續(xù)檢測，并累計完成約2km 的檢查工作。

4.2 測線布置

4.2.1 檢測范圍

在水庫路堤的8+500 共建段的轉(zhuǎn)彎處，有一大一小2 條長達(dá)200cm 的主要裂縫，其中小的裂縫最大寬度約為3mm，較大的那條裂縫最大寬差為5cm。裂縫導(dǎo)致兩側(cè)路面的最大高度差為20cm。經(jīng)過調(diào)查，選擇了起始公里樁號為8+500 區(qū)域中裂縫最嚴(yán)重的部分進(jìn)行檢測。檢測范圍：長50m，寬8m。

4.2.2 測區(qū)布線

水庫西堤路面寬度為7m，考慮到8+500 處的嚴(yán)重裂縫，對其布設(shè)網(wǎng)格式測量線：（1）對垂直裂縫布置6 條間距10m 的橫向測量線；（2）對平行裂縫布置4 條間距0.5~2m 的縱向測量線。

4.2.3 地質(zhì)雷達(dá)天線配置

這次使用美國的GSSISIR-30E 高速地質(zhì)雷達(dá)，用于檢測30 條斷面的3 根天線的頻率分別為40MHz、100MHz 和200MHz。每根雷達(dá)天線布測10 條斷面，其中包括6 條橫向和4 條縱向。

4.3 地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集與分析

1 號縱向測量線位于裂縫外側(cè)。通過數(shù)據(jù)處理軟件的分析，發(fā)現(xiàn)能量團(tuán)的分布相對均勻，規(guī)律性強，衰減快。同相軸相對完整。波形相對均勻。2 號縱向測量線位于表觀裂縫上方，通過數(shù)據(jù)處理軟件的分析，發(fā)現(xiàn)能量團(tuán)分布不均勻，規(guī)律性差，衰減快，同軸連續(xù)性差，有非常明顯的斷裂，并且波形更加雜亂和異常。結(jié)合其余的測量線，100MHz 天線可以檢測到的裂縫深度為5~6m。

該測量線位于明顯裂縫上方，通過數(shù)據(jù)處理軟件的分析，發(fā)現(xiàn)能量團(tuán)分布不均，衰減快，同相軸連續(xù)性有高明顯的斷裂，波形雜亂異常。

綜合分析表明，本次探測到的最大裂縫深度為6m，沿較大裂縫的兩側(cè)各0.5m 寬，約1.5~2m 深，并有土層破碎帶。

5 地質(zhì)雷達(dá)監(jiān)測儀的選擇及參數(shù)設(shè)置

在將地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用于水利工程檢測之中時，雷達(dá)自身的工作頻率會對于探測深度以及探測的分辨率造成非常重要的影響，所以如果要想進(jìn)一步提高分辨率，往往就需要犧牲深度，因此，在對其加以應(yīng)用的過程中，必須要合理地確定地質(zhì)雷達(dá)的參數(shù)，只有合理地確定地質(zhì)雷達(dá)的參數(shù)，才能夠使得地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在水利工程檢測之中得到更好地應(yīng)用。

相比于鉆芯法而言，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的優(yōu)勢往往更為明顯，因為鉆芯法需要對水利工程結(jié)構(gòu)造成一定程度的破壞，而且將鉆芯取樣的結(jié)果和地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)所得到的結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)所得到的結(jié)果更為準(zhǔn)確。在檢測過程中，如果發(fā)現(xiàn)雷達(dá)信號幅度相對較弱，同時雷達(dá)也沒有明顯的界面反射信號，因此，基本可以認(rèn)定未知水工結(jié)構(gòu)是均勻密實的。而如果雷達(dá)檢測的結(jié)果發(fā)現(xiàn)信號出現(xiàn)了部分不連續(xù)或者是產(chǎn)生了分散的情況，同時在相應(yīng)的標(biāo)注段也能夠發(fā)現(xiàn)清晰的反射信號，就表明對應(yīng)位置的結(jié)構(gòu)存在一定的質(zhì)量問題，應(yīng)該進(jìn)一步對其質(zhì)量缺陷進(jìn)行檢驗。

6 結(jié)語

相比于傳統(tǒng)的水利工程檢測方式，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)表現(xiàn)出了更多的優(yōu)勢。通過對地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的有效應(yīng)用，可以有效地對水利工程混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷進(jìn)行評判。同時，傳統(tǒng)檢測手段的操作難度相對較大，操作較為復(fù)雜，不利于推廣使用。在本文的研究中，主要針對地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在水利工程檢測之中的應(yīng)用進(jìn)行了相應(yīng)的探討，明確了在進(jìn)行水利工程檢測時，應(yīng)該如何選擇地質(zhì)雷達(dá)以及進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，以期能夠為地質(zhì)雷達(dá)在水利工程檢測之中的進(jìn)一步應(yīng)用提供相應(yīng)的參考。