无损检测技术在水利工程的应用

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【摘要】无损检测技术能够高效准确地判断建筑结构物内部的缺陷。论文对探地雷达的工作原理和具体应用进行介绍，并且对该无损检测技术测定坝体浸润线的效果进行试验对比，得出探地雷达技术具备适用性广、检测效率及准确度高的优势。

【关键词】水利工程；无损检测技术；坝体浸润线

1引言

无损检测能够在确保结构完整性的基础上，开展工程质量检测工作。无损检测技术具备远距离测定、物理连续性的应用优点，该技术能够在一定时间内对水利工程建筑结构进行重复性检测，数据也可以实现循环采集，为数据的准确有效性提供了保障；并且无损检测技术能够对检测物理量实现自动化分析，为项目的材料选用、配合比等参数提供技术支撑。传统水利工程地下介质检测具备局限性，如不能够实现距离较远的模块检测，而无损检测技术能够有效解决该问题，大大提升检测工作的便利性。水利工程无损检测技术的合理应用能够为后续结构维护及施工提供重要的支撑。

2无损检测技术特点分析

2.1探地雷达法

探地雷达技术是一种常见的无损检测技术。该技术主要通过电磁波在地下建筑结构中传播，电磁波的磁场强度、传播路径、波形等随着地下介质的几何形态、电化学性质改变而改变，通过对这些变化的数据进行采集分析，获取雷达图像剖面，技术人员根据获取图像的反射波强度及波形特征，推断结构状况。探地雷达技术具备操作灵活、定位精准、检测效率高，且能够达到连续动态扫描透视和图像形成等优势，在铁路隧道工程、公路桥梁工程、水利水电工程等多个领域都得到了大规模的应用。

2.2回弹法检测技术

回弹法检测技术较为简单，其检测设备主要是由重锤和弹簧组成。在回弹法检测技术应用过程中，通过弹簧的变形性能来提供重锤运动的弹性势能，重锤在势能作用下带动杆件对水利工程建筑物表面进行敲打，技术人员根据敲打痕迹对弹簧位移进行测定，现场测定的弹簧位移数据作为结构强度大小判断的依据。回弹法检测技术测量的准确性和水利建筑结构的质量均匀性、完整性密切相关。该技术的应用需要把控好以下几个方面：首先，确保水利工程结构表面的清洁、平整，146这能够确保测量数据的准确度；其次，技术人员需要事先规划好测量控制区域，且回弹法检测施压阶段要匀速开展；测量区域内测点的布置要合理，不能够设置在外露岩石结构或者气孔上。

2.3超声波法检测技术

超声波检测技术是水利工程中无损检测技术的重要组成，能够对成型混凝土结构及施工灌注阶段混凝土结构的强度及均匀性进行测定。该技术对于频率的要求较为严格，声波频率一般控制在20~200000Hz，如果采取的频率超过了20000Hz，则为超声波检测。超声波检测技术在针对混凝土结构检测时具备较大优点，对于周围人员的身体健康影响程度较小，技术成本及适应性都较为良好。

3探地雷达技术工作原理及应用

3.1工作原理

探地雷达技术归属于电磁波探测技术，该技术通过频率分布在106~109Hz范围内的电磁脉冲实现地质现象及目的物体的探测，且技术上更多采取地面向地下介质进行电磁波的反射探测，也被称为地质雷达技术。探地雷达技术工作原理如下：通过电偶极子源激发雷达波，当发射、接收偶极子两者平行，且接收偶极子处在发射偶极子的主剖面上，存在平行于偶极子方向的电场和垂直于该方向的磁场；考虑到偶极子的辐射场是球面波形式，如果距离辐射源的位置较远，则可以将其等相面在某种程度上进行平面分析，球面波也随之转变成平面波形式，在层状地下介质中雷达波的传播采取波场进行分析[1]。当前，对于时域地质雷达的测量主要有宽角法和剖面法两种。剖面法通过接收天线和发射天线在设定的间距下沿着测线进行同时移动获取的测量数据，其结果表现为时间剖面形式，当天线之间的设定距离很小时，则可以认定为自激自收时间剖面模式；宽角法则是在地面设定天线位置，技术人员将天线沿着测线方向移动，同时对不同介质界面反射波双程走时进行动态记录。在实际应用过程中，主要采取一些密集或者连续的点进行采样，宽角法原理示意图如图1所示。

3.2应用分析

探地雷达技术够应用的地质情况包括坝基坝体结合面、砂体埋深、地质分层、软弱夹层等。相较于传统的人工钻探技术，探地雷达技术具备可靠性稳定、经济成本低、连续快捷测定的优点。人工钻探耗费的野外、室内处理工作、时间成本较多，而探地雷达技术只需要较短时间就能完成，且现场作业面完全覆盖了整个场地，基本上不会出现遗漏的情况，探测深度也大于钻探深度，最深可达到40m。探地雷达技术也可以应用在地下空腔目标体的测定，可以通过布置网格测线进行多个角度方向的雷达剖面图获取，继而对介质中的空腔目标体进行三维形状的绘制，这对于水利工程中的地下涵洞、塌陷、掏空、蚁穴等灾害的探测处理十分有效。对于坝体浸润线及地下水位线也可以采用探地雷达技术进行测定。传统的水位线及浸润线主要采取测压管进行测定，这极容易受到环境因素的影响而造成数据的偏差，而探地雷达技术能够有效保证水位原位情况、截渗体完整性和形状测定的准确性。该技术能够测量出老旧工程的截渗体结构形状为新工程不同施工阶段的截渗体结构质量提供保证。对于隧道衬砌质量的检测，该技术能够连续稳定准确地测定隧道衬砌厚度、接触面围岩和衬砌混凝土之间是否存在空隙、衬砌布置钢筋数量等情况[2]。

4坝体浸润线的测试

在洪水、汛期、水位较高的情况下，水利工程坝体浸润线位置需要及时加以分析，以保障堤坝的安全稳定性，为后续的除险加固提供重要的数据支撑。如果现场缺少测压管，难以开展人工钻孔操作，则往往需要采取无损检测技术进行浸润线的测试。理论上也可以采取高密度电阻率法进行测定，但是探地雷达技术具备较高的测试速率，且洪水、汛期对于堤坝的防护较为紧迫，故采取探地雷达技术较为合适。汛期水位上涨，堤坝浸润线以下部位土体通常呈现饱和状态。雷达电磁波反射系数和介质相对介电常数关联性密切，当不同介质之间的介电常数具备较大差异时，电磁波界面反射较大，其中，水的介电常数为81，而不同类型土（干砂、湿黏土、湿砂等）的介电常数一般在4~40，两者介电常数差异性明显，如果土体内部的含水状态发生较大变化，则能够通过测定雷达图进行直观展现。本文对武汉某水利工程坝体浸润线进行测定，对比分析探地雷达技术和测压管的应用效果。其中，雷达天线的频率设定为100MHz，时窗设定为120ns，波速的设定则考虑到坝体浸润经过灌浆处理，故选取为0.1m/ns。本次试验设置了3个测试断面，测试获取雷达图如图2所示，截渗墙迎水面、背水面的测压管测定和雷达探测数据对比如表1所示。值得注意的是，探地雷达选取的波速过于主观，并没有经过钻孔勘测进行调整，探测数据相较于测压管测定数据存在较小的误差（0.2~0.4m），该误差可以通过分析截渗墙迎水面、背水面的落差加以消除。本次试验证明了探地雷达技术在坝体浸润线测定中应用效果良好，雷达波速的选取还需要借鉴更多的实际资料。本次测定的坝体浸润线能够为后续的渗流分析提供数据支持[3]。

5结语

无损检测技术是一种应用范围十分广泛的技术，包含的类别较多。在水利工程中，无损检测技术的应用相对系统复杂，具备较长的应用周期。在采取不同的无损检测技术开展隐蔽工程结构的检测时，需要严格依照不同的检测技术原理进行开展，且需要根据工程实际情况综合分析，确保无损检测技术得到最有效的发挥，为水利工程整体建设质量的提高提供技术支持。

【参考文献】

[1]白杰.无损检测技术在水利工程中的应用研究[J].中华建设,2020(31):2.

[2]郭晓波.水利水电金属结构超声无损检测标准探讨[J].四川水泥,2020(4):149.

[3]卓林,李艳.超声法结合钻芯法检测大体积混凝土裂缝深度[J].东北水利水电,2019,37(10):28-30.

作者：付海峰 潘亚辉 刘敏 单位：武汉楚江水利水电工程质量检测有限公司 湖北省水利水电规划勘测设计院