雷达法检测混凝土结构质量技术研究

南京工大建设工程技术有限公司

研发项目立项书

项目名称雷达法检测混凝土结构质量技术研究承担部门结构部

项目负责人杨放电话

项目时间2012年1月~2014年12月

2011 年 12 月 18 日

一、立项依据

1、国内外现状、水平和发展趋势；

探地雷达（Ground Penetrating/Probing Radar，简称GPR），又称脉冲雷达（Impulse Radar）或透视雷达。GPR技术一种是用于对介质（如大地、混凝土）本身及其内部物体(如管道，钢筋，孔洞)进行探测的无损检测技术。探地雷达主要是利用不同介质在电磁属性上的差异会造成雷达反射回波在波幅及波形上有相应的变化这一原理，由雷达的发射天线向被探测介质的内部发射高频脉冲电磁波，在电磁属性有变化的地方就会使部分雷达波被反射回来，还有一部分则发生散射，剩下的向内透射后继续传播。反射回波（对于用反射法、CMP法或WARR法探测时）或透射波（对于用透射法探测时）由接收天线接收，接收到的雷达信号经计算机和雷达专用软件处理后形成雷达图像，据此就可对介质及其内部结构（如介质厚度、分界面、内部埋藏物或缺陷的埋藏深度、大小、形状、走向等）进行描述。

在1904年，Hulgmeyer首先使用电磁信号来确定地下金属目标体的存在。1910年，Letmbach和Lowy在一项德国专利中提出，用埋设在一组钻孔中的偶极天线探测地下相对高导电性质的区域，正式提出了探地雷达概念。Hulsenbeck于1926年提出应用脉冲技术确定地下结构。他指出，介电常数不同的介质交界面会产生电磁波反射。Cook在1960年用脉冲雷达在矿井中做了试验。但由于地下介质的强哀减和介质的多样性，电磁波在地下的传播要比在单一的介质(空气、冰层)中复杂得多。因此，探地雷达的早期应用仅限于对电磁波吸收很弱的冰层厚度进行探测。如1970年Harison在南极冰层上，取得了800-1200米穿透深度的资料。

随着探地雷达的研究深入及地震数据处理技术的引入，还有计算机科学的发展，到了70年代中期，GPR在其它非冰层的探测上的应用研究开始出现。到日前为止，探地雷达己非常广阔地应用到了包括地质考察、土木工程、考古探险、物探矿探、水文水利调查、生态环境等各种领域。

在土木工程应用方面，国外GPR技术最早应用是在1974年，而我国起步较晚，在1990年春，中国地质大学引进了GPR技术，最早在中国开始了探地雷达的应用和研究。到目前为止，探地雷达己在公路铁路工程的路基和路面、堤坝和水库、市政工程地下管线、铁路公路工程的隧道、桥墩桥梁工程、预应力工程、地基基础、工程程地质勘察、机场跑道和站坪病害、港口码头、古建筑保护等方面有了成功应用。

随着国家经济建设的发展，建设工程的规模和复杂程度越来越高，对建设工程的质量的要求也越来越高，而传统的质量监督、检测的方法和手段往往以目测为主，辅助以少量的检测手段，存在一定的主观性，对部分疑难问题无法进行监督和检测，阻碍了工程质量整体水平的提高。

雷达应用于工程质量检测是20世纪90年代以来发展起来的一种新技术，它具有非破损性、高效方便、抗干扰能力强等优点而广泛应用于工程地质勘察、市政管道工程、隧道施工、地基基础施工、公路工程质量检测及桥梁施工等方面。在建设工程质量检测领域主要用于探测钢筋混凝土结构内部钢筋和缺陷的分布。

2．项目研发的目的、意义；

本项目研发目的是在雷达检测混凝土结构质量方面所取得成果的基础上进一步提高检测精度，争取编制国家行业标准《雷达法检测混凝土结构质量技术规程》，从而有效地规范雷达法在混凝土结构质量检测中的应用，为推广雷达法在混凝土结构检测中的应用打下基础。利用雷达检测方法有助于尽快查清建设工程的质量安全隐患，及时采取相应的补救措施，将取得良好的社会效益和经济效益，对于裁定工程质量纠纷具有重要意义必将得到广泛的好评。

二、研发内容和目标

1、项目主要内容、目标及关键技术；

研发内容：

（1）雷达法检测混凝土结构缺陷及钢筋的方法；

（2）探测频率即天线的选择，优化设置；

（3）雷达法检测混凝土质量的检测布线方式，及相关参数设置；

（4）雷达数据处理；

（5）雷达图像识别与解释；

（6）雷达法检测混凝土结构缺陷及钢筋的适用性。

重点解决的关键技术问题:

（1）雷达频率的适用性研究。以提高检测精度为目标，开展单通道、双通道主机，不同天线频率的多种天线的适用性研究，根据探测深度等不同结构参数，提出可行的天线选择方案和优化设置。

（2）雷达法检测的抗干扰研究。针对混凝土结构内部的深埋钢筋，研究提出适用于探测二、三层钢筋分布及其尺寸的识别方法。

（3）雷达数据处理及图像解释研究。采集的雷达数据在经过基础处理后，研究适用于混凝土结构的偏移处理和增强处理等处理方法，通过二次开发形成适用于不同目的的多种雷达数据表达方式，建立不同参数对应的雷达图谱，更好地解释雷达数据。

（4）合适的介电常数的选取及其影响因素.

2、项目的特色和创新之处；

应用雷达技术高效、便捷地解决建设工程质量监督和检测混凝土厚度、缺陷及钢筋

探测等问题，运用实验室参数试验和试点工程应用推广雷达技术，是本研究的特色。

在建设工程质量监督和检测中系统应用雷达技术，并制定相应的标准是本研究的创新。

3、要达到的主要技术、经济指标及社会、经济效益。

提出采用雷达技术进行混凝土厚度、内部缺陷及钢筋分布的检测方法，编制检测规程。

三、现有开发条件和工作基础

本公司是依托南京工业大学的科研师资力量，在工程实践中实施了产学研合作，以建设工程技术服务为特色的、以工程质量检测鉴定为主体的科技服务型企业。业务范围包括公司业务范围包括建筑、市政工程材料（制品）检测、建筑工程结构及构件（混泥土结构、木结构、钢结构及其构件）检测、建筑结构检查、建筑节能与环境检查、地基基础检查、可再生能源建筑应用能效测评、太阳能热水系统检测、建筑节能工程检测、能效测评等。本公司为江苏省第一批建筑能效测评综合一级测评机构，先后通过了江苏省质量技术监督局的计量认证，国家实验室认可，国家检查（鉴定）机构认可。现有职工73人，其中教授7人，副教授（高级工程师）12人，工程师（实验师）10人，其他管理和技术人员44人。

南京工大建设工程技术有限公司自2004年引进雷达后，开展了雷达法应用于建设工程检测的相应研究，进行了几十项实际土木工程项目的钢筋混凝土结构雷达法检测任务，对钢筋混凝土结构雷达法检测技术进行了系统的研究。2009年公司主编了江苏省工程建设规程《雷达法检测建设工程质量技术规程》（DGJ32/TJ79-2009），填补国内空白，相关成果获江苏省建设工程质量检测自主创新奖三等奖。