探地雷达在堆石坝混凝土面板脱空检测中的应用案例

【摘要】探地雷达在地质勘探阶段的应用已经比较成熟，但是施工阶段的应用，特别是水利水电工程检测中的应用还有待推广，本文结合笔者所参与的某水电站工程案例，介绍了探地雷达在堆石坝混凝土面板脱空检测中的应用，希望为类似工程问题的检测提供借鉴。

【关键词】探地雷达（地质雷达）；混凝土面板；面板脱空；检测；水利水电工程

1、引言

探地雷达是采用高频电磁波探测地下地质结构与特征的电磁探测技术，该设备采用一对天线进行探测，其中一个为发射天线，一个为接收天线，常用于地质勘测的地层分布情况，或者定位溶洞裂隙位置甚至判断溶洞裂隙的规模，在工程实践中已然成熟。

例如东南大学的张宁等人已经将探底雷达检测技术应用于道路混凝土脱空探测，成尚锋等人也做了类似的实践；中国地质大学的邓世坤则在海堤与江堤排查安全隐患的工作中进行了探测应用；此外，张逸在2015年前后对湖南省某运行水库大坝也进行过混凝土面板脱空检测，更是首次提出了倾斜角度界面进行雷达探测的技术难点和解决方案。

笔者所在的检测公司于2014年6月使用探地雷达对湖北省某水电站工程的混凝土面板进行了脱空情况检测，本文即是对该次检测应用案例的介绍。

2、探地雷达检测原理

如图1所示，探地雷达由发射天线（T）向地下介质中发射一定中心频率的电磁脉冲波，电磁脉冲波在地下介质中传播时，遇到介质中的电磁性（电阻率、介电率及磁导率）差异分界面会发生反射和透射；被反射的电磁波传回地表，由接收天线（R）接收。

电脑与仪器控制面板合为一体，通过仪器面板进行操作和控制现场数据的采集与储存。接收天线所接收的地下反射回波信号经由光纤传输到仪器控制台，并经过处理转换成时间序列信号。在每一测点上的这种时间序列即构成该测点的雷达波形记录道，它包含该测点处所接收到的雷达波的幅度、相位及旅行时间等信息。由电脑所收集并存储的每一测点上的雷达波形序列形成一个由若干记录道组成的探地雷达剖面二位波形图。

技术人员借助计算机软件对探地雷达收集的数据进行处理与解释，便可获得沿探测线的剖面下方的有关界面和地质结构的有关信息或地下目标体的内部结构特征信息。

3、应用案例

3.1 工程概况

湖北省某水电站工程为该河流梯级开发的第一级电站、龙头水库，以发电为主，最大库容8.3亿m3，电站总装机2×90MW，该水电站大坝为钢筋混凝土面板堆石坝，面板为不等厚结构，设计厚度为30～84cm（0.3+0.0035H），面板钢筋为双层双向配筋，面板混凝土为聚丙烯纤维混凝土（C30W12F150）。

钢筋凝土面板堆石坝面板混凝土施工完毕后，埋设在大坝L6、R2、R8三块面板中间处的监测传感器数据异常，后经两个月的持续加密监测，数据异常得到确认。技术人员分析监测传感器发生数据异常的原因可能是混凝土面板产生了脱空（即混凝土面板和堆积的砂石料坝体之间产生了明显的空隙）。

3.2 使用的主要仪器设备

该水电站大坝混凝土面板脱空检测中使用的主要仪器设备如下：

（1）探地雷达，K2，意大利INGEGNERIA DEI SISITEMI公司。

（2）屏蔽天线，500MHZ，意大利INGEGNERIA DEI SISITEMI公司。

（3）数据采集系统，EKKO PRO，意大利INGEGNERIA DEI SISITEMI公司。

3.3 面板脱空检测数据处理

根据检测任务要求，并结合检测现场的实际条件布置探地雷达探测剖面，检测形成了若干数据。海量的数据记录和数据图的处理分析需要借助于数据处理系统，这里给出本次检测中一段典型的雷达剖面二位波形图见图2。

在图2中，在椭圆标识圈范围之外，波形整齐有规律，结合已知面板厚度条件，判断其面板介质均匀，底部与垫层距离一致，衔接较为均匀，推定介质较为密实，结合已知面板厚度条件，推定面板和垫层见没有脱空；而在椭圆标识圈范围内，波形紊乱，有较为强烈的同轴反射，说明介质有突变，结合已知面板厚度条件，推定为有脱空或混凝土局部疏松（具体对定量判别则需要借助数据处理系统）。

3.4 检测结果

该水电站大坝混凝土面板本次共检测26块，其中坝轴线中部有面板16块（L1～L7，R1～R9），宽度为16m；坝轴线两端（即两岸）有面板10块（L8～L12，R10～R14），宽度为8m。我们将所测得的82条测线的雷达二维波形图，结合已知条件，经过计算机数据处理系统解析后，给出了该水电站大坝混凝土面板脱空检测结果，见图3。

4、结论与展望

（1）使用探地雷达对该水电站工程进行混凝土面板脱空检测，得到了比较理想的检测结果，印证了大坝变形监测数据，为工程设计和施工处理提供了依据。从后续填充处理（灌浆填充）情况看，填充灌浆量与给出的脱空检测结果基本一致，解决了该工程施工中的实际问题。

（2）探地雷达在地质勘探阶段的应用已经比较成熟，但是施工阶段的应用，特别是水利水电工程检测中的应用还有待推广，本文可以视为一个应用案例。

（3）相比工程岩体，混凝土有更好的均质性，因此，理论上混凝土面板的雷达数据图形能得到更好的解析。对于雷达仪器开发行业来说，可进一步研究雷达波在混凝土介质传播特性，研发适用于倾斜角度、大面积平整界面、多个测道的差异化仪器，大力推广这种高效的无损检测技术。

参考文献：

[1] 中华人名共和国水利部.水利水电工程物探规程SL326-2005[S].北京：中国水利水电出版社，2005.

[2] 张宁，钱振东，黄卫.水泥混凝土路面板下地基脱空状况的评定与分析[J].公路交通科技，2004（01）：4-7.

[3] 成尚锋，张海燕.地質雷达在混凝土面板脱空缺陷探测中的应用[J].路基工程，2008（04）：132-134.

[4] 邓世坤.探地雷达在水利设施现状及隐患探测中的应用[J].物探与化探，2000（04）：296-301.

推荐访问:脱空 混凝土 面板 检测 案例