第３４卷第７期 人民黄河 Ｖｏ１．３４．Ｎｏ．７ ２０１２年７月 ＹＥＬＬ０Ｗ ＲＩＶＥＲ Ｊｕ１．，２０１２ 【水利水电工程】 探地雷达应用于混凝土缺陷探测的试验研究 李虎星 ，俞顺 ，何芳婵 ， （１．河南省水利科学研究院，河南郑州４５０００３；２．河南省水利工程安全技术重点实验室，河南郑州４５０００３； ３．河南省桃花峪黄河大桥投资有限公司，河南郑州４５０００１） 摘要：探地雷达具有高精度、快速、无损、经济的特点，在水利、建筑等工程的混凝土质量检测中得到一定的应用，但都 只是辅助手段，无法推广。通过制作存在干碎石层、漏振等质量缺陷及埋设钢筋、ＰＶＣ管的混凝土模型，应用探地雷达对 这些模型进行了探测试验。结果表明：采用探地雷达可以较为明显地判断出混凝土中存在的漏振、干碎石层缺陷，漏振 区在雷达图像上表现为错层，干碎石层在雷达图像上呈现出高亮反应；单层钢筋的探测效果比较明显，在雷达图像上呈 现出三层高亮反应，但其直径分辨比较困难；双层平行钢筋和十字交叉钢筋在雷达图像上可以分辨，但较为困难；双层十 字交叉钢筋在雷达图像上分辨不出来；探地雷达检测上层钢筋、下层ＰＶＣ管的图像效果比较明显。 关键词：质量检测；探地雷达；缺陷；混凝土 中图分类号：ＴＶ３３２ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０１２．０７．０３７ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｇｒｏｕｎｄ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ Ｒａｄａｒ ｔｏ Ｄｅｔｅｃｔ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｄｅｆｅｃｔｓ Ｕ Ｈｕ．ｘｉｎｇ ，ＹＵ Ｓｈｕｎ ，ＨＥ Ｆａｎｇ．ｃｈａｎ ’ （１．ｔｔｅｎａｎＰｒ￣ｉｃｎｍ［Ｗａｔｅｒ ＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｓｎｔｉｔｕｔｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｃｎｅｒｉｎｇ Ｓａｆｅｔｙ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆＨｅｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００３，Ｃｈｉｎａ；３．Ｈｅｎａｎ Ｐｒ￣ｉｎｃｍｌ Ｔａｏｈｎａｙｕ Ｙｅｌｌｏｗ Ｒｉｖｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｒｏｕｎｄ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｒａｄａｒ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｒａｐｉｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｎｏｎ—ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｌｅｓｓ ｃｏｓｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅ・ ｔｅｅｔ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｎ ｓｕｃｈ ｆｉｅｌｄｓ ａｓ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｌａ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｔ Ｗａｓ ｎｏｔ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ，ｏｎｌｙ ｕｓｅｄ ａｓ ａｎ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｍｅａｎｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｒａｄａｒ ｍａｄｅ ｏｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍｏｄｅｌｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｅｆｅｃｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｄｒｙ ｇｒａｖｅｌ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｎｏｎ－ｖｉｂｒａｔｅｄ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｒ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｗｉｔｈ ｓｔｅｅｌ ｂａｒｓ ｏｒ ＰＶＣ ｐｉｐｓ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｒｇｏｕｎｄ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｒａｄａｒ ｃａｎ ｄｅｔｅｃｔ ｎｏｎ—ｖｉｂｒａｔｅｄ ｓｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｒｙ ｇｒａｖｅｌ ｌａｙｅｒ ｉｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ ｎｏｎ—ｖｉｂｒａｔｅｄ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ａｓ ｓｐｌｉｔ ｌａｙｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｄａｒ ｉｍａｇｅ ａｎｄ ｄｒｙ ｇｒａｖｅｌ ｌａｙｅｒ ｉｓ ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ａｓ ｈｉｇｈ ｌｉｇｈｔ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｄａｒ ｉｍａｇｅ．Ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｌａｙｅｒ ｓｔｅｅｌ ｂａｒｓ Ｃａｌｌ ｂｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｃｌｅａｒｌｙ ａｎｄ ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ａｓ ｔｈｒｅｅ ｌａｙｅｒｓ ｈｉｇｈ ｌｉｇｈｔ ｒｅａｃｔｉｏｎ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｃａｎ ｎｏｔ ｂｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ．Ｄｏｕｂｌｅ ｌａｙｅｒ ｐａｒａｌｌｅｌ ｂａｒｓ ａｎｄ ＣｒｏＳＳ ｂａｒｓ ｃａｌｌ ｂｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｄａｒ ｉｍａｇｅ．ｂｕｔ ｑｕｉｔｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ．Ｄｏｕｂｌｅ ｃｒｏｓｓ ｂａｒｓ ｃａｒｔ ｎｏｔ ｂｅ ｉｄｅｎｔｉｉｆｅｄ ｉｎ ｒａｄａｒ ｉｍａｇｅ．Ｇｒｏｕｎｄ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｒａｄａｒ ｃａｎ ｃｌｅａｒｌｙ ｉｎ— ｄｉｃａｔｅ ｕｐｐｅｒ ｌａｙｅｒ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｂａｒｓ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｌａｙｅｒ ｏｆ ＰＶＣ ｐｉｐｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ；ｇｒｏｕｎｄ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｒａｄａｒ；ｄｅｆｅｃｔ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ 混凝土结构因具有很多优点而应用广泛…，但在施工过程 的可靠性也在很大程度上依赖于检测人员的经验。鉴于此，笔 中难免会出现表面不平整、振捣不密实、漏振、无砂、欠厚、缺筋 者设计了一些混凝土缺陷模型，利用中国电波传播所的ＬＴＤ一 及存在干碎石层等质量缺陷。对于表面缺陷可通过测量和观 ２１００型探地雷达进行了试验。 察发现，对于混凝土内部缺陷目前最常用取芯法、探坑法检测， 虽直观，但存在费时、费力、具有破坏性等缺点，只能抽查。随 １模型设计 着科学技术的发展，各种无损探测设备应运而生，并广泛应用 混凝土模型长度为４ ０００ ｍｍ，宽度为６００ ｍｍ，共３块，每 于各种工程检测中。探地雷达，又称地质雷达、透地雷达 块混凝土的强度不同，混凝土下部是压实较好的土体。模型 （Ｇｒｏｕｎｄ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ Ｒａｄａｒ，简写为ＣＰＲ），是一种高精度、连续 无损、经济快速、图像直观的检测设备，采用的是用于确定地下 收稿日期：２０１２—０３－２７ 介质分布的光谱（１ ＭＨｚ一１ ＧＨｚ）电磁波技术，已广泛应用于 基金项目：河南省省属科研单位社会公益项目预研专项资金资助项目 考古、矿产资源勘探、岩土工程勘探、水文地质勘探、军事等众 （０８２１０３８１０２０２）。 作者简介：李虎星（１９６０一），男，河南武陟人，高级工程师，主要从事防洪抗旱 多领域。随着雷达技术的发展，探地雷达在无损检测中的应用 减灾与农田水利方面的研究工作。 也越来越多，但目前其只能作为一种辅助检测手段，检测结果 Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｋｓｌｈｘ＠ｈｎｓ１．ｇｏｖ．ｃａ ・１０９・ 人民黄河２０１２年第７期 场施工干扰以及人为因素等的影响，同时受埋设、观测、成本等 混凝土内外温差，防裂效果十分显著。但是由于不同工程的特 因素的制约，一般只在渡槽的典型部位埋设，因此难以真实反 点和所处的环境不同，可采取的温控防裂措施也会不同，因此 映温度变化过程。分布式光纤测温具有独特的技术优势，以信 仍然有必要进一步研究和改进温控防裂技术。 息量大、灵敏度高，可以在线实时监测、自动预警和远程自动化 控制等优点，近年来被广泛应用于大坝混凝土监测、渗流定位 参考文献： 监测、裂缝监测等＿１ 。光纤测温系统可在线监测早期混凝 ［１］竺慧珠，陈德亮，管枫年．渡槽［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２００５． 土温度变化过程及温度分布，但该系统空间分辨率通常为１ ｍ， ［２］ 贺图升，李北星，王长德，等．聚丙烯纤维对大型渡槽高性能混凝土的性能 光纤一般沿渡槽纵向铺设，而横断面仍然采用电子温度计，即 影响研究［Ｊ］．水利水电技术，２００７，３８（９）：３２—３３． 采用光纤一温度计相结合的测温形式 。 ［３］陈彦玉，黄达海．大型渡槽温控防裂技术及发展趋势［Ｊ］．水利水电科技进 利用测温的成果，反演混凝土热学特性参数，可更好地对 展，２０１１，３１（２）：１６—２１． ［４］ 马锋玲，边秋璞，王少江，等．漕河渡槽槽身混凝土配合比优化及性能试验 渡槽混凝土温度场和应力场进行全过程仿真。在施工阶段，可 ［Ｊ］．中国水利水电科学研究院学报，２００７，５（２）：１１０—１１３． 根据当时渡槽的实际应力场及预定的施工计划预报后期的应 ［５］李兴贵．渡槽高性能混凝土抗干缩试验研究［Ｊ］．南水北调与水利科技， 力场和安全系数，从而制定出相应的综合温控措施和施工方 ２００９，７（６）：２０１—２０３． 案，用于指导渡槽混凝土浇筑施工；在运行阶段，可充分利用各 ［６］贾志营．高性能泵送混凝土温控措施在漕河渡槽Ⅲ标工程中的应用［Ｊ］．水 种运行条件下的观测资料，对渡槽进行比较符合实际的安全评 利水电技术，２００９，４０（１）：８２—８３． 估 。 ［７］朱岳明，徐之青，曹为民，等．墩墙混凝土结构水管冷却分析［Ｊ］．工程力学， ２００４，２１（５）：１８２—１８７． ２．５加强渡槽温控信息共享 ［８］邹良智，王燕，郑亮．移动式冷水站在高拱坝混凝土冷却中的应用［Ｊ］．水力 为了避免具体温控措施在实际操作时各方不能协调一致 发电，２００９，３５（１１）：３６． 的现象，建议搭建渡槽温控信息共享平台，实现温控防裂信息 ［９］ 胡金洲，石文彦．漕河渡槽槽身混凝土防裂研究［Ｊ］．南水北调与水利科技， 共享，以更好地为设计单位、施工单位和运行单位提供参考和 ２００９，７（６）：２８８ ２８９． 依据，即光纤测温一仿真预报一开裂风险评估和预警一信息共 ［１０］ 申来宾．闸墩混凝土温度裂缝及预防措施［Ｊ］．人民黄河，２００６，２８（８）： ６２—６４． 享。目前，该信息共享平台已经在溪洛渡双曲拱坝工程施工期 ［１１］ 徐卫军，侯建国，李端有．分布式光纤测温系统在景洪电站大坝混凝土温 温控防裂中成功地得以应用，效果较好。 度监测中的应用研究［Ｊ］．水力发电学报，２００７，２６（１）：９７—１０１． ［１２］Ｆｅｍｉ Ｔ，Ｄａｖｉｄ Ｈ．Ｄｉｓ￣ｂｕｔｅｄ ＦＩｈＩｅ ０ｐｌｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｓｆｏｒ Ｐｉ￣ｌｉｎｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］． ３结语 ＪｏｕｍＭ ０ｆ ＮｍｕｒＭ Ｇａｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎ￣ｎｅｅｆｉｎｇ，２００９，１（４）：１３４—１４３． 【责任编辑张华岩】 实践表明，上述一系列温控措施联合使用，有效地控制了 （上接第１１０页） 大两层十字交叉钢筋之间的距离，选用较小频率的天线做进一 步试验，避免上层钢筋对下层钢筋信号的屏蔽。 ３结论与建议 （５）探地雷达检测上层钢筋、下层ＰＶＣ管的图像效果比较 通过采用探地雷达对上述混凝土模型进行探测试验，可以 明显。 得出如下结论。 （６）对于混凝土和回填土层分界面的分辨在很大程度上依 （１）采用探地雷达可以较为明显地判断出混凝土中存在的 赖于两层之间的接触是否良好，如果回填土夯实得较好，则在 漏振、干碎石层缺陷，漏振区在雷达图像上表现为错层，干碎石 图像上不容易分辨其与混凝土的分界。 层在雷达图像上呈现出高亮反应。 参考文献： （２）单层钢筋的探测效果比较明显，呈现出三层高亮反应， 但其直径分辨比较困难，建议使用测距轮做进一步试验。 ［１］赵国藩，仲伟秋．高性能材料在结构工程中应用与发展［Ｊ］．大连理工大学 （３）双层平行钢筋和十字交叉钢筋在雷达图像上可以分 学报，２００３，４３（３）：２５７—２６１． 【责任编辑张华岩】 辨，但较为困难，需要一定的工程及探测经验。 （４）双层十字交叉钢筋在雷达图像上分辨不出来，建议加 ・１１３・
