地质雷达在混凝土结构中的钢筋定位检测中的应用

地质雷达在混凝土结构中的钢筋定位检测中的应用

引言

在混凝土结构工程中，经常会有混凝土内钢筋配置不符合规定的情况，如主筋与箍筋未绑扎、主筋长度不足、钢筋断开、多层钢筋配置不符合要求、节点部位的钢筋布置不符合要求等，不符合《混凝土结构设计规范》、《混凝土结构工程施工质量验收规范》几原设计要求的钢筋配置及施工质量问题。地质雷达是一种高效高分辨率的无损检测技术，随着地质雷达的技术及应用范围的拓展，已广泛应用于岩土工程勘察，且现已有居多成功案例可证明地质雷达能够解决混凝土结构工程中的钢筋检测。

技术原理

探地雷达是一种对地下或物体内不可见的目标或界面进行定位的电磁技术，是一种浅层高分辨探测技术，最早应用于工程场地勘查、工程质量检测及病害诊断、地下埋设物与考古探察、隧道超前预报。探地雷达具有无损性、操作携带方便、采集效率高、水平和垂直分辨率高等许多优点，目前正逐渐成为地下隐蔽工程检测的一种有力工具。随着地质雷达技术的不断发展和实践经验的积累，其应用范围不断扩大，现以广泛应用于岩土工程勘察、工程结构检测等诸多领域。

地质雷达利用高频电磁波以宽频带脉冲形式在地面通过发射天线送入地下，电磁波在地下传播过程中，当遇到目标体如空洞时，会发生反射并返回地面，被接收天线接收，由于电磁波在地下介质中传播时，其路径波形与能量会随着所通过介质的电性质及几何形态不同而变化，因此，通过对电磁波反射信号的旅行时间即双程走时频率幅度与波形变化等时频特征和振幅特征的分析研究，就可以确切了解地下界面或目标体的空间位置及形态。这是一种非破坏性的探测技术,可以安全地用于建筑工程中的混凝土结构中的检测,并具有较高的探测精度和分辨率。

地质雷达在建筑结构检测中遇到的典型目标体的雷达图像特征为：（1）在钢筋混凝土结构中，视混凝土为均匀介质，钢筋为混凝土中的异常体，电磁波在钢筋与混凝土的接触面产生强反射，波形特征表现为孤立的点状或弧形反射，依此特征来判定钢筋分布情况，确定其位置及可计算保护层厚度；（2）钢板为混凝土内的异常体，电磁波在钢板与混凝土接触面上也会发生强反射，波形特征为水平同相轴，钢板边缘出现绕射现象；（3）当混凝土内有空洞或不同结构物夹层内含有空气是，易形成大的弧形反射同相轴或者杂乱反射，且易产生多次反射波。因此，正确识别目标体的地质雷达图像特征是进行地质雷达解释的核心。

图1 地质雷达的工作原理示意图

布置方案

图2 剖面法测线布置示意图

实际应用中，地质雷达一般采用剖面法采集方式。即将地质雷达的发射天线（T）和接收天线（R）以固定间距沿测线方向同步移动，在混凝土结构检测中，一般采用毫米级别的小间距，高频发射接收的采集方式，逐点发射接收。并根据勘查的地质情况，选择最佳的天线中心频率，并合理设置测量参数，包括采样点数、记录长度、扫描速度、介电常数等测量参数。这种采集记录方式能够准确反映测线下方各反射界面的形态。

工程案例

勘察内容：某古建筑的结构检测

装置说明：地质雷达，天线中心频率为900MHz，测点间距为0.01m

勘查结果：本次检测应设计方要求，在墙体上布置了2条正交测线，如图3所示。在钢筋混凝土结构中，钢筋作为混凝土中的异常体。电磁波在钢筋与混凝土的接触界面上产生强反射，表现为双曲线反射的波形特征，可以因此来判断钢筋布设情况，确定钢筋的位置数量及间距。且能够从图像上进一步清晰地反映出混凝土厚度及保护层厚度。

从图4和图5中可以看出：

（1）墙厚0.2m，保护层厚度0.08m；

（2）在竖直方向剖面上，横向分布着4条钢筋，间距为0.3m；

（3）在水平方向剖面上，纵向分布着16条钢筋，间距为0.15m；

（4）在所检测的墙体内，钢筋呈网状分布，间距0.3m主筋和间距0.15m辅筋构成单层网结构。

图3 测线布置示意图

图4 水平测线地质雷达成像剖面图

图5 垂直测线地质雷达成像剖面图