探测雷达在中型水利工程质量监督检测中参数设置方法及存在问题的探讨

汪小力

(海城市水利工程建设质量安全监督站，辽宁 海城 114200)

地质雷达是基于电磁波在不同介质中进行传播和反射后对探测物体进行反射光谱的分析。随着雷达信息的快速发展，一种具有更为高效、精准性更高的探测雷达逐步发展成为地质勘探、工程无损的检测等领域[1- 5]的高新技术。近些年来，这项高新技术也被逐步引入到水利工程质量无损检测中[6- 8]。但该项技术在大型水利工程检测中进行应用较多，在中小型水利工程的应用还不见。而当下，中小型水利工程隐患较大型水利工程要多。为此本文引入探测雷达技术，结合辽宁东部某中型水利工程，分析探测雷达在中型水利工程质量监督检测的应用效果。

1 探测雷达技术原理

探测雷达主要通过电磁波在介质传播中的反射率来进行探测，这种传播率的反演计算方程为:

(1)

式中，v—传播速率，m/ns；c—电磁波在空气中的传导率，m/ns；εr—相对介导系数。其中磁波在空气中的传导率采用水利工程的厚度来进行反演计算，计算方程为：

(2)

式中，D—电磁波穿墙的厚度，m；Δt—电磁波往返传播的时间，ns。在电磁波传播介质速率推导的基础上，需要对探测雷达电磁波的反射系数进行计算，计算方程为：

(3)

2 实例应用

2.1 工程概况

本文以辽宁东部某中型水利工程为研究实例，该工程的集水面积为62km2，大坝总的长度为525m，为水工混凝土石坝，水库总库容1672m3，河道平均比降20.2‰，多年平均径流量6.48亿m3。灌溉农田面积0.3万亩，养殖面积0.019万亩。

2.2 纵向剖面含水层雷达探测结果

首先结合雷达对该水利工程纵向剖面进行了探测，纵向阻抗反演及各切片含水层反演结果如图1所示。

图1 纵向雷达探测分析结果

图中J- 22、Q- 11、D- 11表示为雷达探测打孔区域，从各层阻抗反演结果和各切片阻抗反演结果可以看出，该工程纵向含水层分布较为均匀，底部较上部含水量较大，随着纵向深度的增加，纵向剖面层的阻抗反演度增加。从其各切片阻抗反演结果可以看出，该工程各含水层阻抗反演较为均匀，未出现非均质的现象。

2.3 不同深度下的工程空洞缺陷雷达检测结果分析

为分析其不同深度下水利工程脱空病害反演结果，通过设定6组雷达测线，分析测定深度为0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、3.5m的雷达反射图像，各图像结果如图2所示。

从不同区域雷达反射图像可以看出，各深度下未出现较为明显的图像变化。表明该工程的未出现较为明显的脱空现象。各个深度下的雷达反演结果表明该水利工程下未能有渗流通道出现。图中D- 11探测区域主要为工程在建设灌浆期的水泥反射结果，而对于J- 22、Q- 11在深度为2.0～3.5m时其雷达反射图像有所扩散，这主要是因为工程底部岩石受到一定风化程度影响，使得砂浆反射较为不明显。总体分析，区域不同深度下水利工程未出现明显的空洞。

2.4 不同深度下的工程裂隙雷达检测结果

水利工程填筑均匀性也是检测的重要指标，为此结合2组探测线对不同深度下的水利工程填筑均匀性进行了雷达反演，填筑均匀性雷达反演结果如图3所示。

图中2组参数雷达反射图像差异性较大，这主要是因为2组探测雷达对介电常数设置有所不同，对于第1组探测雷达，其介电常数取为0.052，而第2组探测雷达观测时，其介电常数设置为0.031，不同的介电常数使得2组探测雷达反射图像有所差异。从各组探测雷达反射图像可以看出，在工程的中部和底部其反射率较高，第1组顶部反射率较高，这主要是区域的砂岩所在，砂岩之间的裂缝较大，因此砂岩区域的反射阻抗较大。总体检测可以发现区域未有明显的裂缝。

图2 不同深度下雷达反演结果

图3 不同深度下水利工程填筑均匀性雷达反演结果

2.5 不同雷达参数反演方法的检测结果对比分析

雷达参数反演对于雷达检验效果至关重要，本文分别选取了在雷达参数反演中应用较好的最小二乘和随机反演方法对检测的水利工程纵向剖面含水层进行反演分析，分析结果如图4所示。

图4 不同雷达参数反演下的纵向剖面含水量反演结果

采样两种方法来进行探测雷达的参数反演，从图中可以看出，随机反演方法下探测雷达的介电常数较最小二乘方法更为贴近工程实际。随机反演方法下，随着距离的增加，标定波速逐渐增加，雷达波普反射率在上层的标定波速变幅较高，而在下层其标定波速变幅较为稳定；因此在实际检测工作中，推荐采用随机反演方法进行探测雷达的参数反演设定。

3 检测存在问题及解决途径

(1)理论介电常数的适用性问题。在进行雷达探测分析时，理论介电常数和实际介电常数存在一定的偏差，而这种偏差往往影响探测雷达检测的精度，对于此种问题，主要采取的解决办法为通过对工程现场进行详细了解后，对不同区域进行参数设置，并进行不同区域的雷达探测分析，分析雷达探测图像，对有异常区域的雷达图像进行甄别，通过反复设置对比，尽量减少理论介电常数和实际介电常数之间的偏差，此外也可通过物理模型试验的方式进行参数的试验优选。

(2)波速标定的问题。在进行水利工程雷达检测时，经常遇到无法根据工程现场的水工材料来进行波速的标定，使得雷达检测波速难以确定，对于此类问题的解决办法选择雷达探测图像清晰的水工钢筋混凝土区域进行波速的标定，这样标定的波速准确性一般较高。

(3)定性检测缺陷的问题。在进行具体检测时，时常出现不同检测缺陷在雷达图像中反映出相同的图像，使得在进行缺陷判定时存在一定的偏差。对于此类问题，主要解决途径为对现场进行详细调查，对于异常图像要进行参数分析、分析影响要素以及对图像进行充分解译，在以上措施的基础上，咨询有较为丰富检测经验的专家，对检测缺陷进行更为合理的定性和定量划分。

4 结语

(1)相比于传统检测方式，雷达探测技术更为高效，可提供中型水利工程质量监督检测的时效性。

(2)水工混凝土的标定波速一般为8～12nm/s，在进行双向反射分析时标定的波速每增加0.5nm/s，其检测误差可降低4～5nm，在检测中，应合理设置标定波速。(3)对于探测雷达技术在小型水利工程质量监督检测的分析还需进行深入分析。

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