無損檢測(cè)技術(shù)在水利工程質(zhì)量檢測(cè)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(cè)技術(shù)的概述

無損檢測(cè)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(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)和遠(yuǎn)距離作業(yè)優(yōu)勢(shì)，其在水利工程質(zhì)量檢測(cè)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(cè)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(shì)，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(duì)混凝土強(qiáng)度質(zhì)量的檢測(cè)

地質(zhì)雷達(dá)法是一種目前檢測(cè)中常用的方法，其工作原理為借助超高頻電磁波探測(cè)介質(zhì)電性分布。在檢測(cè)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(huì)發(fā)生反射或散射，接收天線可接收這些信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，采用公式計(jì)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(huì)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(huì)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(huì)全部反射回來，在雷達(dá)剖面上顯示強(qiáng)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(duì)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(duì)金屬的無損檢測(cè)技術(shù)

3.1 防腐涂層檢測(cè)

在水利工程中會(huì)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(duì)金屬材料的檢測(cè)價(jià)值突出。目前，常用的無損檢測(cè)技術(shù)為防腐涂層檢測(cè)。要求對(duì)涂層厚度以及致密性進(jìn)行測(cè)定，再結(jié)合力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行綜合測(cè)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(shí)際進(jìn)行測(cè)定時(shí)，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(bǔ)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(cè)

焊縫檢測(cè)屬于一種專項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)強(qiáng)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(shí)際工作中通常使用數(shù)字探傷儀和斜波法超聲檢測(cè)，焊縫缺陷的特異性在斜波法超聲檢測(cè)下會(huì)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(cè)。上述檢測(cè)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(shí)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(jì)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(gè)圍堤。水庫和公路路堤的共建段約4km，其樁號(hào)起點(diǎn)約5+500m，終點(diǎn)樁號(hào)約為9+500m。公路在經(jīng)過翻修后通車約6 年的時(shí)間，在公路與水庫路堤的共建段（樁號(hào)為8+000～9+000）發(fā)現(xiàn)了縱向裂縫?？v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(chǎng)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(chǎng)檢測(cè)。需要使用100MHz 天線對(duì)8+000 和9+000 堤頂安裝的2 條測(cè)量線進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，并累計(jì)完成約2km 的檢查工作。

4.2 測(cè)線布置

4.2.1 檢測(cè)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(hào)為8+500 區(qū)域中裂縫最嚴(yán)重的部分進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)范圍：長50m，寬8m。

4.2.2 測(cè)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(duì)其布設(shè)網(wǎng)格式測(cè)量線：（1）對(duì)垂直裂縫布置6 條間距10m 的橫向測(cè)量線；（2）對(duì)平行裂縫布置4 條間距0.5~2m 的縱向測(cè)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(cè)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(cè)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(hào)縱向測(cè)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(duì)均勻，規(guī)律性強(qiáng)，衰減快。同相軸相對(duì)完整。波形相對(duì)均勻。2 號(hào)縱向測(cè)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(cè)量線，100MHz 天線可以檢測(cè)到的裂縫深度為5~6m。

該測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)之中時(shí)，雷達(dá)自身的工作頻率會(huì)對(duì)于探測(cè)深度以及探測(cè)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(duì)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(cè)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(shì)往往更為明顯，因?yàn)殂@芯法需要對(duì)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(duì)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(cè)過程中，如果發(fā)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)幅度相對(duì)較弱，同時(shí)雷達(dá)也沒有明顯的界面反射信號(hào)，因此，基本可以認(rèn)定未知水工結(jié)構(gòu)是均勻密實(shí)的。而如果雷達(dá)檢測(cè)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)信號(hào)出現(xiàn)了部分不連續(xù)或者是產(chǎn)生了分散的情況，同時(shí)在相應(yīng)的標(biāo)注段也能夠發(fā)現(xiàn)清晰的反射信號(hào)，就表明對(duì)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(duì)其質(zhì)量缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)。

6 結(jié)語

相比于傳統(tǒng)的水利工程檢測(cè)方式，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)表現(xiàn)出了更多的優(yōu)勢(shì)。通過對(duì)地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的有效應(yīng)用，可以有效地對(duì)水利工程混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷進(jìn)行評(píng)判。同時(shí)，傳統(tǒng)檢測(cè)手段的操作難度相對(duì)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(duì)地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在水利工程檢測(cè)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(cè)時(shí)，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?yàn)榈刭|(zhì)雷達(dá)在水利工程檢測(cè)之中的進(jìn)一步應(yīng)用提供相應(yīng)的參考。