淺析探地雷達檢測渠道混凝土厚度的方法及應用

郝放

（河南省水利科學研究院，河南 鄭州 450003）

淺析探地雷達檢測渠道混凝土厚度的方法及應用

郝放

（河南省水利科學研究院，河南 鄭州 450003）

目前，河南省灌區渠道一般采用混凝土防滲面板，由于施工水平的影響，混凝土防滲面板的厚度難以控制，進而對灌區渠道的防滲產生了影響，渠道戰線長，如何檢測其混凝土面板的厚度是個值得研究的課題，本文介紹了探地雷達檢測混凝土厚度的基本原理和方法，并結合實際工程進行了應用，結果表明，探地雷達檢測技術檢測效率高，尤其對較薄的混凝土面板具有很高的分辨率，在實際工程中能夠很好地推廣應用。

混凝土；渠道；探地雷達；檢測

河南省是農業大省，大中型水利灌區在糧食生產上發揮了重要的作用，目前，在灌區上所采用的防滲措施是在渠道迎水面鋪設8～12cm的混凝土，由于受施工場地、施工水平等的影響，會產生局部厚度不滿足設計要求等的情況，影響工程的質量，怎樣發現這些質量缺陷是個值得探討的問題，目前常用的方法是鉆取芯樣或者手工測量，這些方法效率低、精度差，而且試驗的點數少、不具有代表性，而探地雷達以其快速、高效、連續、無損等特點逐漸得到了應用。現已廣泛地應用于巖土工程勘察、建筑及水利工程結構無損檢測、城市地下管網等諸多領域，并取得了顯著的社會經濟效益[1]。

1 檢測原理

探地雷達是利用高頻電磁脈沖波的反射原理來實現探測目的，電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁波強度與波形將隨通過介質的電性質與幾何形態不同而變化。因此，根據接收波的時間，幅度與波形等資料，可進行快速高效地探測[2]。探地雷達檢測技術的分辨率高，可以精確到厘米，同時它在檢測過程中是進行“CT”似的掃描，具有無損性。

從幾何形態看，地下存在的孔洞及管線等的異常體可認為是點狀體，而裂隙及層間脫空等缺陷是以面狀體存在的，由于二者的不同，在雷達圖像上反映的特征也不同，點狀體特征為雙曲線反射弧，面狀體反射呈線狀反射。我們可通過反射波振幅來判斷異常區的特征，異常區的位置可通過反射波走時確定，見公式（1）。

式中：h為異常部位的深度；t為從發射到接收的歷時；x為接收發射天線之間的距離；v為電磁波在介質中的傳播速度，其計算公式見公式（2）；c為電磁波在空氣中傳播的速度；εr為介電常數，不同的材質有不同的介電常數，具體可查得。當發射和接收天線沿物體表面逐點同步移動時，其內部介質剖面圖像就可在探地雷達主機上顯示出來[3]。

2 檢測方法

探地雷達的測試方法主要有剖面法、寬角法和透射法3種。

2.1 剖面法。它是一種最常見的探測方式，如圖1所示。T為發射天線，R為接收天線，二者以固定間距沿測線移動進行測量。剖面法的測量結果可以用探地雷達時間剖面圖像表示。通過標記天線在地表的位置，可以換算成地質剖面的深度。

圖1 剖面法測試原理示意圖

圖2 寬角法確定波速示意圖

2.2 寬角法。寬角法主要應用于地下介質相對均勻并且反射界面近于水平的結構，測試時，反向等距移動發射天線和接收天線，同時保持兩天線中心點位置不變，如圖2所示。

2.3 透射法。主要用于古建筑物、橋梁等狀態檢測。

3 檢測應用

陸渾灌區位于河南省西部，設計灌溉面積134.24萬畝，跨黃河、淮河兩大流域，受益范圍為洛陽市嵩縣、伊川縣、汝陽縣、偃師市和平頂山市的汝州市及鄭州市的鞏義市、滎陽市共3個市7個縣，總人口151.06萬人，其中農業人口131.58萬人。

陸渾灌區的主要供水水源是陸渾水庫，灌區興建于1970年，1974年開始通水，陸渾灌區現有總干渠1條、干渠4條，長277.8 km；支渠49條，長232.3 km；干支渠系建筑物2 098座。至今已累計供水63億m3，開灌以來，灌區的糧食產量由300 kg/畝提高到500 kg/畝。

3.1 檢測內容。依據《水利水電工程物探規范》（SL326-2005）及河南省陸渾灌區續建配套與節水改造項目工程項目設計施工圖紙進行檢測，主要檢測陸渾灌區渠道防滲面板厚度、結構物內部是否存在孔洞與脫空、異常與隱患等。

3.2 檢測儀器及測量參數的選擇。本次檢測采用美國地球物理公司生產的SIR-3000型彩顯探地雷達系統。配備1500Hz探地雷達天線，檢測前，首先對探測距離與分辨率是這兩個兩個重要的技術指標進行選擇，由于這兩個指標受天線的中心頻率的影響，因此需要根據具體的檢測情況正確選擇天線頻率，灌區渠道的混凝土防滲面板設計值為10 cm，厚度較薄，因此選擇的天線頻率高，這樣可提高探地雷達分辨率，同時減小探測距離。

3.3 檢測資料處理。結合測區已知的地質資料，綜合應用探地雷達波的動力學特征和渠道回填層及混凝土、空隙的電阻率和介電常數的差異，對現場收集的數據處理后的雷達圖像進行詳細、系統的分析、解釋，以獲得整個測區的最終成果。由于陸渾灌區渠道長，檢測數據多，本文簡要選取探地雷達檢測的圖像來說明檢測渠道混凝土防滲面板的澆注質量的有效性。具體圖像見圖3。

表 1 實體厚度檢測成果表

圖 3 壩體上游防滲面板雷達圖像

圖3為從總干渠43+400～43+900中抽取的探地雷達檢測圖像，檢測部位為沿著渠線中部，采用1500MHZ天線，從圖可見，混凝土結構層澆注均勻。防滲面板的厚度符合規范規定。

4 結語

本文以陸渾灌區渠道防滲面板的檢測為例，介紹了探地雷達在水利工程檢測中的應用，實踐表明，探地雷達檢測是一種操作簡便的方法，對渠道的結構無破壞；能夠獲得連續的圖像剖面，具有代表性；檢測結果直觀明了，誤差較小，故在實際工程中應大力推廣應用。由于探地雷達專業性較強，在檢測過程中如果發現有疑問的位置無法判定的時候，可以結合鉆芯取樣的方法進行綜合判斷。

[1]郭秀軍，羅輝，王淼，等.大型渠道混凝土襯砌缺陷GPR無損檢測研究[J].南水北調與水利科技，2009（6）.

[2]張盟.渠道混凝土襯砌GPR檢測剖面圖像處理及識別方法研究[J].中國海洋大學，2010.

[3]郭亮，李俊才，張志鋮.地質雷達空洞探測機理研究及其在隧道應用實例分析[J].建筑科學，2011（5）.

TV544

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1671-0037（2014）12-106-2

郝放（1973.4-），男，工程師，研究方向：探地雷達檢測推廣和應用。