中交路桥华东工程有限公司 上海 201203
摘 要：长期以来我国隐蔽工程质量检测与评价方法仍沿用着传统开挖检查和钻孔取样试验的常规技术，但对于承受巨大水压力下的封底混凝土则不适用，需要寻求更快速有效的检测方法。鉴于地质雷达探测技术具有高精度、高分辨能力、探测成果彩色直观和现场检测快速便捷等优点，本文结合具体隐蔽工程，着重对地质雷达探测技术用于围堰封底混凝土质量评价进行研究。
关键词：地质雷达；封底混凝土质量；检测
1 工程概况
某大桥工程桥址位于三峡库区内，库区蓄水至最高水位与排水至最低水位高差为近30m，所有水中墩均为埋置式承台，采用外套钢围堰法施工，如下图1所示。围堰下放至河床后，通过清泥船配合抓斗以及大功率气举反循环清泥装置将泥土覆盖层清理干净，将围堰坐落在指定位置后即开始进行水下封底混凝土施工。因设计封底混凝土厚度较薄，围堰只拼装至满足封底混凝土厚度所能承受的最大高度，其标高仍在库区最高水位之下，承台施工只能在库区水位下降至围堰顶标高以下才能进行。
图1 某墩承台基础围堰施工布置图
为确保施工安全，需要确定在经历高水压力情况下的封底砼是否上浮或者断裂。而在一定水位下承受水压力的封底砼已不能采用传统开挖和钻孔取样试验等常规技术进行检测，需寻求更有效及安全的检测方法。而地质雷达探测技术具有高精度、高分辨能力、探测成果彩色直观和现场检测快速便捷等优点，结合其他手段如横向水平取芯，可对封底混凝土的完整性、封底混凝土与桩基节点的结合程度、封底混凝土与围堰间的结合程度进行检测，综合分析推断封底混凝土是否发生上浮（位移）。
2 地质雷达探测原理
地质雷达是将高频电磁波以宽频带短脉冲形式通过发射天线向地下发射，在地下介质中传播的脉冲电磁波遇到不同电性介面时就会产生反射波，由接收天线接收反射回波并记录反射时间。电磁波在介质中的传播速度为，式中为电磁波在真空中的传播速度，约0.3m/ns，为相对介电常数。地质雷达检测工作采用如图2（探测模型）所示的剖面法，即在混凝土表面布置测线，固定发射天线和接收天线之间距。可根据接收到波的旅行时间、幅度与波形资料，可推断介质的结构。
图2 地质雷达测线布置示意图
影响地质雷达探测效果的因素主要有三，即：天线中心频率、媒质的电阻率和媒质的介电常数。天线中心频率和媒质的电阻率主要影响地质雷达的探测深度，两者与探测深度均成反比关系，即天线中心频率和媒质电导率越大，探测深度就越小，甚至探测深度就越大。而在探测深度范围内影响探测效果的主要因素是被探测目标体与其周围媒质的介电常数差。当介电常数差很小时，此时无反射信号，无论探测深度如何，目标体亦不会被发现。所以要取得良好的地质雷达探测效果，目标体具备与其周围媒质有较大的介电常数差是必要的。
表1列出于混凝土质量检测有关的几种介质的物性参数。从该表中可以知道：当混凝土体中出现不密实体或空洞等质量缺陷，这些部位的部位空间变为空隙，并被空气或水充填，其物性参数介于被充填物与混凝土之间。其空隙率越高，存在缺陷混凝土的物性参数与完整混凝土的物性参数之间的差异就越大。
实测时将雷达的发射和接收天线密贴于混凝土表面，雷达波通过天线进入混凝土中，遇到材质有差别的混凝土、混凝土中间的不连续面、混凝土与空气分界面、混凝土与岩石分界面、岩石中的裂面等产生反射，接收天线接收到反射波，测出反射波的入射、发射双向走时，即可计算出反射波走过的路程长度，从而求出天线距反射面的距离。雷达天线可沿测线连续滑动，每个测点的时间曲线可以汇成时间剖面图像，多个测点资料汇成的时间剖面，各测点接收到的同一反射波汇成一定图像，从而直观的反映出各种不同的反射面。
3 封底混凝土检测方案
3.1 封底混凝土上浮所产生缺陷及相应检测手段
如果封底混凝土发生上浮（位移），因为混凝土本身为刚性材料，同时封底混凝土与围堰间、封底混凝土与桩身间存在握裹力，封底混凝土必然会因为上浮而产生内应力，封底混凝土与围堰间、封底混凝土与桩身间必然会因为位移而产生间隙，破坏原有的紧密结合，同时使得周边混凝土因为应力作用而发生一定的破坏，采用地质雷达对封底混凝土进行拉网式扫描，能够直观的发现因为封底混凝土上浮而产生的缺陷。
3.2 检测实施流程
1）从围堰内抽水，直观观察封底混凝土是否渗水，测定封底砼顶面高程，初步判断封底混凝土是否发生明显破坏，是否有明显的上浮现象。
2）对围堰内封底混凝土表面采用布设网格测线的方式，通过地质雷达沿纵、横向测线逐一进行连续扫描，布线间距为1m×1m。重点加强对封底混凝土与围堰、封底混凝土与桩基节点的扫描，通过雷达扫描图的分析，并随时根据实际情况适当增加测线密度以控制异常位置，判断封底混凝土是否存在缺陷及破坏，封底混凝土与围堰间、封底混凝土与桩基间结合情况是否良好。
3）在三根角桩位置利用横向取芯钻穿过钢护筒、封底混凝土、原围堰面板，通过观察取下的芯样中钢板与封底砼的粘结面，判断封底砼是否完好。
4 具体检测结果及结论
4.1 具体检测结果
4.1.1 地质雷达检测结果
本次检测采用美国劳雷公司生产的SIR-3000型隧道专用地质雷达主机、400MHz、100MHz屏蔽天线。通过100MHz和400M天线对该墩封底混凝土进行交叉扫描检测，该墩围堰封底混凝土整体同向轴反射较弱，介质均匀性较好，完整性良好未见明显裂隙及错位。受检区域共计发现两处封底混凝土底部局部轻度欠密实（测线C-10、RS-13处），未发现混凝土底部界面以及内部存在空洞、裂隙、破损等现象，表明封底混凝土无明显破坏所产生的缺陷。典型雷达扫面图及欠密实位置如下图所示。
4.1.2 横向取芯检测结果
选择XY-1A型钻机，确定横向取芯的孔位后，提前将该孔内的淤泥及其他杂物清理干净，在孔内搭设钻机施工平台安装钻机，进行钻芯取样。通过观察3#、6#及8#三根角桩横向水平取芯的芯样，芯样完整，无空洞、破损，与围堰结合紧密，钻孔图及典型芯样如下图所示。
4.2 检测结论
通过地质雷达检测图和横向取芯芯样，可以得出以下结论：
1）封底混凝土与围堰结合紧密，且周边混凝土无破损；
2）封底混凝土与桩基混凝土结合紧密，且周边混凝土无破损；
3）封底混凝土整体性良好，混凝土底部及内部无明显脱空、空洞、裂隙及错位；
4）封底混凝土与围堰粘接良好，无脱离破损。
综合以上情况分析，推定该墩围堰封底混凝土无上浮迹象，可安全进行承台施工。
5 结语
通过地质雷达和横向取芯等手段证实了该墩围堰封底混凝土在经历过高水压力作用后仍处于安全稳定状态，为后续的承台施工提供了切实的安全保证。其成功应用充分证明了利用地质雷达技术可用于检测水下混凝土内部缺陷，具有效率高、精度高、分辨能力高等特点，可适用于现场的大面积快速检测，并可根据目标的深度选用合适的频率天线，在不破坏实体结构的条件下，可以探测到空洞、不密实体等缺陷体，为隐蔽工程的实体质量评定提供了新的检测手段。
参考文献
[1] 魏超等.地质雷达在混凝土质量检测中的应用研究[M]，工程地球物理学报，2004
[2] 交通运输部.JTG/T F50-2011 公路桥涵施工技术规范[S]，北京交通出版社，2011
[3] 交通运输部. JTG/T C22-2009 公路工程物探规程[S]，北京交通出版社，2009
[4] 李大心等.探地雷达方法与应用[M]，北京：地质出版社，1994.1-30
[5] 钟世航.探地雷达检测隧道衬砌中的几个问题[J]，物探与化探，2002，26（5）：403-406
[6] 王惠濂.探地雷达目的体物理模拟研究结果[J]，地球科学，1998，18（3）：266-284
论文作者:陈洪敏 周涛
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期
论文发表时间:2015/10/13
标签：混凝土论文; 封底论文; 围堰论文; 地质论文; 天线论文; 反射论文; 媒质论文; 《基层建设》2015年17期论文;