探地雷达在水利工程检测中的应用

探地雷达在水利工程检测中的应用

方剑

关键词：探地雷达；水利工程；监督检测

引言

地质雷达由于检测速度快、无损和可持续扫描的特点，得到了广泛的应用。地质雷达探测技术，是一种应用高频、甚高频的电磁波进行无损探测的技术，鉴于电磁波信号的传输特点，介质对于电磁波信号的衰减影响较大，为使分辨率和探测范围协调，在保证一定分辨率的情况下，最大探测深度多在50.0m范围之内。在标定探测范围内，探地雷达的水平分辨率受雷达频率、目标体介电常数以及探测深度的影响:频率越高，分辨能力越强;目标体的介电常数越高，水平分辨能力越强，然而水平分辨率则受到探测深度较大的影响，随着探测深度的增加而大幅度降低。随着水利工程服役时间的累积，对于无损检测的要求显得更为迫切，当前水利工程检测研究中，多集中在有损检测上，对于探地雷达在水利工程中研究则显得相对较少，因此本文在介绍探地雷达工作原理、工作方式和参数设置的基础上，通过探地雷达在裂缝探测、渗漏探测，详细介绍了探地雷达的应用过程，对于未来类似工程提供一定的工程经验。

1探地雷达在水利工程检测中的工作原理

探地雷达在水利工程检测中的工作原理，主要是运用其发射的电磁波，经过检测物体的反射，来确定物体所在的位置与性质，从而得到图像与数据，为进一步分析提供原始资料。探地雷达，从外部来看，主要是由主机、天线和配件组成;从内部来看，主要是由计算机系统、雷达电路系统、放大器、转换器、发射器和接收器组成。探地雷达在水利工程检测过程中，由计算机系统发出指令，设置天线参数配置，经由探地雷达电路系统向发射器、反射器、放大器、转换器同时发出指令，发射器发射高频电磁波经反射器反射到雷达电路系统，再由此向放大器传输信号经转换器转换返回到计算机系统，从而得出探地雷达检测图像与相关数据。图像与相关数据主要包括电磁波反射的时间、电磁波的波形、振幅等内容，通过这些内容利用专业知识可以较容易地判断出检测物体的形态、距地面深度、位置等，准确把握水利工程检测物体情况，提升水利工程建设质量。

2探地雷达在水利工程裂缝检测中的应用

2.1现场检测

探地雷达现场检测主要包括3个方面：检测环境、检测参数选取和检测步骤。根据相关规范要求和多年检测实践，探地雷达检测目标体表面需保持平整和干燥，测线布置应避开建筑物、金属物体、高压电线、树木等。检测参数选择需要确定的主要参数包括中心频率、天线间距、时窗和采样率。天线中心频率选择的正确与否直接影响到工程探测的效果，正确而合理地选择天线中心频率至关重要；天线间距的选择应使最深目标体相对于发射天线和接收天线的张角为临界角的两倍；考虑实际电磁波速度变化、目标体深度变化所留余量，一般选取探测深度h为目标深度的1.5倍；采样率的选取前提是保证天线较高的垂直分辨率，在保证天线垂直分辨率前提下，并在仪器容许情况下，使采样率能够适应探测的要求，以达到最清晰的探测目的为准。检测工作开始时，需要对测线测网、仪器设备和采集软件进行标定。根据检测环境和检测目的合理布设测线。标定记录时间零点以便定位检测部位；采集软件应进行正确合理的参数设置，根据具体检测要求选择通道个数和进行参数增益标定等。在检测区域内根据现场建筑物物理参数对探地雷达波速进行校准。数据采集过程中，天线应沿测线方向匀速移动，同步绘制雷达测线图，并标记测线经过的特殊构筑物。

2.2在渗漏探测中的应用

渗漏现象是土石结合部经常出现的问题，因其属于隐蔽损伤，一旦发现往往已发生了渗漏破坏。渗漏破坏的原因较多，如强透水性地基处理不当，基础防渗处理不良或防渗设施失效。混凝土结构中的渗漏，是在水压力作用下随着裂缝的发展而形成的新型裂缝;土体结构中的裂缝是由于材料选择不当或施工质量问题，土体被渗漏水流带走大量颗粒发生渗透破坏。被检测结构如果未发生渗透破坏，其雷达反射波呈现同轴连续、波形平缓的特点;如果发生渗漏破坏，则渗漏通道和周围材料处于饱和状态，造成介电常数和导电率相对较大，水作用下对高频信号造成较大的衰减，反射波的频率降低，造成波长变长，即信号“变胖”，从而与不渗漏部位产生较为明显的交界面，呈现较为强烈的反射区。水的介电常数较大，为80左右，在水闸基础存在渗漏破坏时，会在雷达中产生明显的发射区。

2.3探地雷达在水利工程质量检测中的应用

在水利工程完成之后，最重要的工作就是对工程建设质量进行验收与检测，这时就需要应用到探地雷达。探地雷达可以清晰直观地对水利工程整体性能进行科学评判，对水利工程质量进行检测与评定，准确定位水利工程中存在的不安全因素等。在水利工程质量检测中，应用探地雷达的第一步就是测线布置，根据水利工程实际建设情况，探地雷达的测线位置就是探地雷达在水利工程检测中的设备安装位置，也是探地雷达天线与电缆安装位置。在确定测线位置之后，就是通过计算机软件系统设置探地雷达的天线参数配置。为了能够准确获得数据与图像，探地雷达天线频率主要选择高频率，例如表1中分别为110、200、300Hz。在确定探地雷达的天线频率之后，其测量速度、采样数量、介电常数、增益点数等都会随之确定。在探地雷达检测前期工作准备好之后，就可以利用探地雷达进行水利工程质量检测。由专业人员将探地雷达布置在被检测的水利工程现场，布置时要避免探地雷达天线被异物缠绕、刮碰等，确保电缆与天线的安全，避免出现拖拽等现象。在数据分析时，为了能够得出更加准确的结论，可以将图像每隔20m划分成为一个部分，在图像中将水利工程中的设施明确标记出来。如果在设施安装处出现问题，能够在图像中准确快速地找到位置，一旦出现图像断开、上抬等现象，就可以判断水利工程设施安装过程中存在的安装不牢固问题。实践证明，探地雷达能够在水利工程质量检测中发挥重要作用，能够在水利工程中得到广泛应用，其得出的结论是准确的、可执行的，能够准确判断水利工程质量是否存在问题。探地雷达独特的无损害性，为水利工程质量检测工作提供了有效工具，帮助水利工作人员有效地检测水利工程完工情况。除此之外，还可以通过探地雷达，寻找到水利工程质量问题存在的确切位置，提高了工作效率。因此，在水利工程质量检测中，可以加强探地雷达的应用，在提高水利工程建设效率基础之上，进一步提升水利工程建设质量。

结语

鉴于探地雷达无损、快捷、方便和精确的特点，在水利工程检测中得到了越来越广泛的应用。通过探地雷达的应用，发现介质的介电常数出现异常是分析水利工程病害的主要因素。相关研究成果对于未来类似工程提供可资借鉴的理论和工程经验。

参考文献

[1]李大心.探地雷达方法与应用[M].北京:地质出版社,1994:95-145.

[2]刘康和.地质雷达在水利工程质量检测中的应用[J].长江职工大学学报,2001,18(1):10-13.