探地雷达在河北省某橡胶坝盖板与基础交结质量探查中的应用

刘国华任长安扈本娜

河北省水利水电勘测设计研究院300250

摘要：目前对于混凝土盖板下与基础是否脱空现象在很多工程中出现，如果不及时排查这些隐患，将来会使建筑物出现毁坏，甚至伤及人身安全，本文阐述利用探地雷达查明混凝土盖板下与基础是否脱空的一个实例。

关键词：探地雷达；盖板；基础；脱空

1工程概况

河北省某橡胶坝蓄水导致与橡胶坝体相连段的东风渠堤垮塌，对橡胶坝安全构成隐患。对混凝土护坡、橡胶坝及混凝土铺盖进行了探地雷达结构性检测，主要排查钢筋混凝土盖板与地基之间是否存在的脱空现象。由于混凝土中钢筋吸收探地雷达电磁波脉冲信号，返回信息较弱，对测量数据造成一定干扰。

2检测方法及原理

探地雷达（GroundPenetratingRadar，简称GPR）是近年来一种新兴的地下探测与混凝土构筑物无损检测的新技术，它是利用宽频带高频电磁波信号探测介质结构分布的非破坏性的探测仪器，它通过雷达天线对隐蔽目标体进行全断面扫描的方式获得断面的扫描图像。具体工作原理就是：当雷达系统利用天线向地下发射宽频带高频电磁波，电磁波信号在介质内部传播时遇到介电差异较大的介质界面时，就会反射、透射和折射。两种介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大；反射回的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，由雷达主机精确记录下反射回的电磁波的运动特征，再通过信号技术处理，形成全断面的扫描图，工程技术人员通过对雷达图像的判读，判断出地下目标物的实际结构情况，探地雷达系统工作示意图见图2.1所示。

电磁波的传播取决于介质的电性，介质的电性主要有电导率μ和介电常数ε，前者主要影响电磁波的穿透（探测）深度，在电导率适中的情况下，后者决定电磁波在该物体中的传播速度，因此，所谓电性介面也就是电磁波传播的速度介面。不同的地质体（物体）具有不同的电性，因此，在不同电性的地质体的分界面上，都会产生回波。

探地雷达在勘查中的基本参数描述如下：

（1）电磁脉冲波旅行时间

式中：z—勘查目标体的埋深；x—发射、接收天线的距离（式中因Z>x，故x可忽略）；v—电磁波在介质中的传播速度。

（2）电磁波在介质中的传播速度

式中：c—电磁波在真空中的传播速度（0.29979m/ns）；—介质的相对介电常数，—介质的相对磁导率（一般）

（3）电磁波的反射系数

电磁波在介质传播过程中，当遇到相对介电常数明显变化的地质现象时，电磁波将产生反射及透射现象，其反射和透射能量的分配主要与异常变化界面的电磁波反射系数有关：

式中：r—界面电磁波反射系数；—第一层介质的相对介电常数；—第二层介质的相对介电常数。

（4）探地雷达记录时间和勘查深度的关系

式中：z—勘查目标体的深度；t—雷达记录时间。

本次检测使用500MHz天线，采样频率7020MHz，自动叠加32次，采样点数364个，时窗52ns，道间距0.02m，使用测距轮测量。

3检测依据

本次检测工作严格执行《水利水电工程施工测量规范》（SL52-1993）和《水利水电工程物探规程》（SL326-2005）。

4测线布置

本次检测共布置测线30条，总长度605m。其中上平坡5条测线（上平坡01～05），每条40m，斜坡23条测线（斜坡01～23），每条15m；橡胶坝2条测线（橡胶坝01、橡胶坝02），每条30m。

5检测结果

通过对共60条的剖面雷达图像进行分析与解释，探地雷达异常统计表见下表5.1。由于混凝土中钢筋吸收探地雷达电磁波脉冲信号，以及下部土层存在往外渗水的现象，给雷达图像异常的判断造成一定的影响。

下图5.1为标准无异常图像，可见地下12ns，即0.6m左右处雷达图像同相轴连续可见，无明显断裂分散，故可判断该区无明显异常。

图5.1无异常空雷达图像

下图5.2为明显异常图例，可见地下12ns处，有非常明显的空隙，同相轴扭曲或断裂，判断该处异常为疑似脱空区。

图5.2疑似脱空雷达图像

探地雷达异常统计表见下表5.1。

6检测结论

混凝土盖板与基础之间的脱空在探地雷达剖面上主要表现为在胶结面以下出现多次反射波，同相轴呈弧形，并于相邻道之间发生相位错位，且其能量明显增强。一般来说雷达回波同相轴向下弯曲可能是反映地层含有大量水份。

在混凝土铺盖西北部有4～7m的疑似脱空区，西南部有5m左右的疑似脱空区铺，中部偏东及其南部也分散了数块异常区域。橡胶坝段西线中部发现有约8m长的窄条形疑似空隙，东线有小面积的两块异常。在钢筋混凝土护坡区域，其东部疑似脱空从南向北延伸约8m，东西向延伸2～4m；距南部边缘20m靠近东部区域部分有异常，紧挨此异常往北有范围有南向北延伸约8m、东西向延伸2～3.5m的疑似空隙，防护坡西部各处也分散一些异常，面积较小。

对于脱空区，由于其中充满潮湿的空气，含水率不可知，其波速也不可测，因而无法准确的确定脱空高度，只能给出一个概值。

参考文献：

［1］李大心编著.探地雷达方法与应用［M］北京：地质出版社1994

［2］舒志平.探地雷达在地基沉陷检测中的应用［J］工程物探2004.3

作者简介：

刘国华1969.8.21男汉吉林省榆树县高级工程师主要从事工程物探及基础检测方面的技术及管理工作。