探地雷达应用于混凝土缺陷探测的试验研究.pdf

第 3 4卷第 7期 2 0 1 2年 7月 人民黄河 YE L L 0W RI V ER Vo 1 3 4 No 7 J u 1 ， 2 01 2 【 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 4 5 0 0 0 3 ； 2 河南省水利工程安全技术重点实验室， 河南 郑州 4 5 0 0 0 3 ； 3 河南省桃花峪黄河大桥投资有限公司， 河南 郑州 4 5 0 0 0 1 ) 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、 P V C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 P V C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 ：T V 3 3 2 文献标识码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 - 1 3 7 9 2 0 1 2 0 7 0 3 7 Ex pe r i me n t a l S t u dy o n App l i c a t i o n o f Gr o un d Pe ne t r a t i ng Ra da r t o De t e c t Co n c r e t e De f e c t s U Hu x i n g ，YU S h u n ，HE F a n g c h a n ( 1 t t e n a nP r i ncm Wa t e r C o n s e r v a n c yR e s e a r c hI nst i t u t e ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 3 ，C h i n a ； 2 K e y L a b o r a t o r y ofH y d r a u l i c E n g i nce r in g S a f e ty T e c h n iq u e o fHe n a n P r o v i n c e ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 3 ，C h i n a； 3 H e n a n P r i n c ml T a o h nay u Y e l l o w R i v e r B r i d g e I n v e s t m e n t C o L t d ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 3， C h i n a) Ab s t r a c t ：Gr o u n d p e n e t r a t i n g r a d a r wi t h t h e f e a t u r e s o f h i g h p r e c i s i o n，r a p i d d e t e c t i o n，n o n d e s t r u c t i v e t e s t i n g a n d l e s s c o s t h a s b e e n u s e d t o d e t e e t q u a l i t y o f c o n c r e t e s t ruc t u r e s i n s u c h fi e l d s a s h y d r a u l i c e n g i n e e rin g a n d a r c h i t e c t u r al e n g i n e e r i n g，h o we v e r ，i t Was n o t wi d e l y a p p l i e d，o n ly us e d a s a n a u x i l i a r y me a n s I n t h e p a p e r t h e t e s t i n g proc e s s a n d r e s u l t o f g r o u n d p e n e t r a t i n g r a d a r ma d e o n c o n c r e t e mo d e l s p r e p a r e d wi t h q u a l i t y d e f e c t s s u c h a s d r y g r a v e l l a y e r a n d n o n - v i b r a t e d s e c t i o n o r e mb e d d e d w i t h s t e e l b a r s o r P VC p i p s wa s i n t r o d u c e d T h e t e s t r e s u l t i n d i c a t e s t h a t gro u n d p e n e t r a t i n g r a d a r c a n d e t e c t n o n v i b r a t e d s e c t i o n a n d d ry g r a v e l l a y e r i n c o n c r e t e mo d e 1 T h e n o n v i b r a t e d s e c t i o n i s r e fl e c t e d a s s p l i t l a y e r i n t h e r a d ar i ma g e a n d d ry g r a v e l l a y e r i s r e fle c t e d a s h i g h l i g h t s e c t i o n i n t h e r a d ar i ma g e T h e s i n g l e l a y e r s t e e l b a r s C a l l b e d e t e c t e d c l e arl y a n d r e fle c t e d a s thr e e l a y e r s h i g h l i g h t r e a c t i o n，h o we v e r ，t h e d i a me t e r c a n n o t b e d e t e r mi n e d p r e c i s e l y Do u b l e l a y e r p arall e l b a r s a n d C roS S b a r s c a l l b e i d e n t i f i e d i n t h e r a d ar i ma g eb u t q u i t e d i f fi c u l t Do u b l e c r o s s b a r s c a r t n o t b e i d e n t i fi e d i n r a d a r i ma g e G r o u n d p e n e t r a t i n g r a d a r c a n c l e a r l y i n d i c a t e u p p e r l a y e r o f s t e e l b a r s a n d l o we r l a y e r o f P VC p i p e s i n t h e i ma g e Ke y wo r d s：q u ali t y i n s p e c t i o n；g r o u n d p e n e t r a t i n g r a d ar ；d e f e c t ；c o n c r e t e 混凝土结构因具有很多优点而应用广泛 ， 但在施工过程 中难免会出现表面不平整、 振捣不密实、 漏振、 无砂、 欠厚、 缺筋 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 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 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 于各种 工程检测 中。探地 雷达， 又称地质 雷达、 透地 雷达 ( G r o u n d P e n e t r a t i n g R a d a r ， 简写为 C P R) ， 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 介质分布的光谱( 1 MH z 一1 G H z ) 电磁波技术 ， 已广泛应用于 考古 、 矿产资源勘探、 岩土工程勘探、 水文地质勘探、 军事等众 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 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 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 者设计了一些混凝土缺陷模型， 利用中国电波传播所的 L T D 一 2 1 0 0型探 地雷达进行了试验。 1 模型设计 混凝土模型长度为 4 0 0 0 m m， 宽度为 6 0 0 m m， 共 3块， 每 块混凝土 的强度不 同， 混 凝 土下 部 是压 实 较好 的 土体 。模 型 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 3 - 2 7 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 ( 0 8 2 1 0 3 8 1 0 2 0 2 ) 。 作者简介 ： 李虎星( 1 9 6 0 一 ) ， 男 ， 河南武 陟人 ， 高级 工程师 ， 主要从 事防洪抗旱 减灾与农田水利方面的研 究工作 。 E - ma i l ：s k s lh x h n s 1 g o v c a 1 09 人 民 黄 河2 0 1 2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 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 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 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 监测 、 裂缝监测等_ 1 。光纤测温系统可在线监测早期混凝 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， 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 采用光纤 一温度计相结合的测温形式 。 利用测温的成果， 反演混凝土热学特性参数， 可更好地对 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 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 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 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 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 估 。 2 5 加强渡槽温控信息共享 为了避免具体温控措施在实际操作时各方不能协调一致 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 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 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 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 温控防裂中成功地得以应用 ， 效果较好。 3 结语 实践表明， 上述一系列温控措施联合使用 ， 有效地控制了 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 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 仍然有必要进一步研究和改进温控防裂技术。 参考文献： 1 竺慧珠， 陈德亮， 管枫年 渡槽 M 北京： 中国水利水电出版社， 2 0 0 5 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 影响研究 J 水利水电技术， 2 0 0 7 ， 3 8 ( 9 ) ： 3 2 3 3 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 展 ， 2 0 1 1 ， 3 1 ( 2 )： 1 62 1 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 J 中国水利水 电科学研究院学报 ， 2 0 0 7 ， 5 ( 2 ) ： 1 1 0 1 1 3 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， 2 0 0 9，7( 6) ： 2 0 1 2 0 3 6 贾志营 高性能泵送混凝土温控措施在漕河渡槽标工程中的应用 J 水 利水电技术， 2 0 0 9 ， 4 0 ( 1 ) ： 8 2 8 3 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， 2 0 0 4， 2 1 ( 5 )： 1 8 21 8 7 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 发 电， 2 0 0 9， 3 5 ( 1 1 )： 3 6 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， 2 0 0 9， 7 ( 6) ： 2 8 8 2 8 9 1 0 申来宾 闸墩混凝土温度裂缝及预防措施 J 人民黄河， 2 0 0 6， 2 8 ( 8 ) ： 6264 1 1 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 度监测中的应用研究 J 水力发电学报， 2 0 0 7 ， 2 6 ( 1 ) ： 9 7 1 0 1 1 2 F e mi T， D a v i d H D i s b u t e d F I h I e 0 p li c S e n s o r s f o r P i l i n e P r o te c t i o n J J o u m M 0 f N m u r M G a s S c ie n c e a n d E n n e e fi n g ， 2 0 0 9 ， 1 ( 4 ) ： 1 3 4 1 4 3 【 责任编辑张华岩】 ( 上接第1 1 0页) 3 结论与建议 通过采用探地雷达对上述混凝土模型进行探测试验， 可以 得出如下结论。 ( 1 ) 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。 ( 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。 ( 3 ) 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 ， 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 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。 ( 5 ) 探地雷达检测上层钢筋、 下层 P V C管的图像效果比较 明显 。 ( 6 ) 对于混凝土和回填土层分界面的分辨在很大程度上依 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 图像上不容易分辨其与混凝土的分界。 参考文献 ： 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 学报 ， 2 0 0 3， 4 3 ( 3 )： 2 5 72 61 【 责任编辑张华岩】 1 1 3