摘要：无损检测又称非破坏性检测，其主要是以物质的电、磁、光、声等特性为利用，同时结合现代科技手段，在不影响或破坏被检对象使用性能的基础上有效检测出其内在缺陷（如裂隙、孔洞和不均匀性等），同时给予定量判定（如缺陷数量、性质、位置）、综合表现出可靠性、全程性、全面性及非破坏性应用特征。鉴于此，本文以水利工程论述对象，以工程实例为依托，就无损检测技术在质量检测中的应用进行简要分析。
关键词：水利工程，质量控制；无损检测
引言：无损检测技术专业技术复杂，涉及内容众多，主要包括CT技术、温度监测技术、同位素检测技术、高密度电法、探地雷达法以及瑞雷面波法等，基于现实情况的考虑，本文以探底雷达法为论述对象展开专业探究。
1.探地雷达检测技术应用原理
作为一种用来确定地下介质分布、频率介于106~109Hz的电磁波技术，探地雷达又称地质雷达或透地雷达，其组成主要包括主机、发射/接收天线、接收控制器（用于控制收发和储存数据）以及计算机控制系统。在对目标物实施检测过程中，高频电磁波（宽频带短脉冲）由发射天线发出后将地面穿透进入地下介质，传播过程中当遇目标体时，电磁波便被反射至地面由接收天线所接收，进而将数据信号（如波长、振幅、相位等）传递至计算机系统通过分析、处理生成雷达图，以此作为分辨目标体特性的依据获取相关情况。
利用探地雷达获取的高分辨率探测影像，可对目标体界面实现很好的反映。根据电磁信号旅行时间（又称双程行走时间）和幅度大小，并对接收信号实施矫正、叠加、滤波和偏移处理后，同时结合目标体及其周边介质的介电常数εr，便可通过下式1-1将电磁波在地下介质中的传播速度V（m/ns）计算得出：
（式1-1）
式中：c为光在真空中的传播速度，取值0.3m/ns。
故，根据下式1-2，便可计算出目标界面深度h：
（式1-2）
式中：t电磁波双程行走时间（地面至反射界面），ns；x为发射天线与接收天线之间的距离，m；
在整个脉冲传播过程中，介电常数有无差异为相邻两种介质间能否发生反射进而在图像中有所区分的先决条件，而介电常数差异衡量标准一般为反射系数P，具体可根据下式1-3计算：
（式1-3）
式中：ε2、ε1分别为目标体及其周边介质的介电常数。
根据上式1-3计算结果，P值数值决定了反射波能量大小（即该介质层间的电性差异大小），数值越大，表明两种介质间的电性差异越大，电磁波反射就越强烈，探测效果也就越好；P值正负则为脉冲相位变化的反映。
2.探地雷达检测技术应用实例
2.1工程概况
某大2型水利枢纽水库总容5.649×108m3，设计定义以防洪为主，同时兼备发电（电站装机容量32MW）与供水功能，主要建筑物组成包括河床式厂房、两岸挡墙以及碾压混凝土低孔溢流坝、表孔溢流坝和非溢流坝。该水利枢纽水库正常水位为57.5m，最大坝高47.9m，坝顶高程66.5m，其中次要建筑物按3级设计，主要建筑物按2级设计。
为加强堤坝混凝土施工质量，提升其结构强度与抗渗性能，防止出现裂隙、空洞、夹层以及混凝土浇筑不均匀病害，同时基于混凝土自身与其内部空洞介电常数较大差异的考虑，本工程决定采用探地雷达法实施混凝土质量检测与控制，分别于桩号K0+105~K0+125和K0+355~K0+370（观测检测后认为是相对薄弱部位）处设置两个检测区，利用探地雷达法对所接收的信息分析、处理后所形成的反射波形图，对混凝土内部质量实施分辨和判定，同时采用钻芯法对检测结果进行同步对比验证。
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2.2仪器选择与参数设置
由于探测深度与分辨率受雷达工作频率的影响，要想提升分辨率，则需牺牲一定的探测深度，故而合理选择检测仪器和检测参数对监测结果至关重要。结合探地雷达检测的实际应用，兼顾分辨率要求与探测深度，对探地雷达的工作频率合理设置。
本工程所用探地雷达为美国GSSI公司生产的SIR-3000型雷达系统，其检测参数设置为：天线中心频率为900MHz和400MHz，测点距离按1.5m控制，记录线采用64根/s，每条记录线布设512个采样点，时窗大小为50ns。对于雷达信号图的获取，采用ra-dan7.0软件对反射信号实施处理后所得，具有典型性特征。
对于钻芯检测，采用钻头直径为10cm的混凝土取芯钻机进行取样，在对芯样实施外观检测后将检结果与探地雷达法检测结果进行对比，以此形成检测结果的验证。
2.3探测成果分析
分析探地雷达图可知，堤坝桩号K0+105~K0+125段信号较弱，界面反射信号不明显，可初步判定该段坝体混凝土均匀密实无缺陷存在；而桩号K0+355~K0+370段部分信号呈分散不连续状态，且在K0+360（标注段）处反射信号较为清晰，表明该位置坝体混凝土有离析现象，可能存在空洞、蜂窝或混凝土不密实缺陷。
对两段检测区钻芯实施取样，其中K0+105~K0+125段取样位置为K0+110，K0+355~K0+370段取样位置为K0+360（即标注段），对比两根混凝土芯样发现：K0+110处芯样均匀密实、连续完整，无明显破损现象；K0+360处芯样基本完整，但表面较为粗糙，骨料与水泥粘结较差，局部有松散和蜂窝现象，存在空洞隐患。
通过两种检测方法的实施与检测结果的对比验证，表明探地雷达法对工程实际质量反映真实、准确，可靠性表现良好，为混凝土结构质量检测与判定的有效手段，并为加固处理措施的制定与实施提供了科学的依据。
3.探地雷达检测技术精度分析
作为一种新型无损检测仪器，探地雷达在混凝土内部缺陷检测的应用上起到了很大的作用，合理的测线布置与天线选择能有效的检测出混凝土内部缺陷的位置、范围及性质，为弥补混凝土质量不足提出合理性建议和解决措施提供了方便。对于大面积、大体积的混凝土，探地雷达无损检测法比以往的检测方法体现出更大的优势，提高了检测效率和质量。
需要注意的是，影响判定界面主要指标为电磁波的反射时间（即电磁波在混凝土中的传播速度），电磁波的反射时间可以在雷达记录上精确读出，而由于混凝土介质本身强度等级不同、级配不同、骨料成份不同等种种差异，造成电磁波在混凝土中的传播速度存在差异，一般情况下，电磁波在混凝土中的传播速度为9~13cm/ns，双程反射时间增减0.5cm/ns将造成±2~3cm的误差，其间未考虑反射波相位发生变化等因素。因此，从某种程度上讲，以满足工程需要为前提，重点放在查清缺陷上研究，精度从概率学角度准确度在70~90%。
结论
（1）对于混凝土结构内部缺陷的检测，探地雷达法检测全面且反映准确，在结构质量控制方面应用性表现良好；
（2）相比于传统钻芯检测法，由于探地雷达法以影响或不损坏结构使用性能为前提，因此适用性表现较强，应用优势明显。
注意事项：基于探地雷达法检测原理的分析，由于其无损检测以高频、甚高频电磁波为主要应用，受信号传输特性的影响，水平分辨率表现出：①目标体介电常数越高；分辨能力越强；②雷达频率越高；分辨能力越好；③探测深度越大，分辨能力越弱且降幅明显。实践表明，在保证一定分辨率的情况下，探地雷达法有效检测深度宜≤50.0m。
参考文献
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[2]商晓平.探地雷达无损检测在水利工程质量检测中的应用[J].工程技术：全文版，2016（12）：262．
[3]郑威.浅析无损检测技术在水利工程质量检测中的应用[J].江西建材，2016（24）：132~133.
论文作者:李彦玲
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第27期
论文发表时间:2019/1/4
标签：混凝土论文; 电磁波论文; 反射论文; 介质论文; 信号论文; 常数论文; 检测技术论文; 《建筑学研究前沿》2018年第27期论文;