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地质雷达在地坪病害检测中的应用

2024-06-20 25 上传者：管理员

摘要：地质雷达探测具有快速、无损、准确性高等优点。针对某工厂3#厂区地坪开裂病害，利用地质雷达进行布线探测，对地质雷达的检测原理、方法及结果分析进行了阐述。结果表明：3#厂区地坪探测中3条测线雷达灰度图存在异常，与现场实际情况相符，可见地质雷达在厂区地坪病害探测科学性及准确性较高，可为地坪加固处理设计提供依据。

关键词：
加固处理
地质雷达
基础下沉
工厂地坪
脱空
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近年来，随着工业化进程的加快，我国各地工业规模不断扩大，各类工厂建筑也相继出现，但在使用过程中，工厂地坪出现了各种病害，主要有开裂、基础下沉、脱空等，这些病害隐蔽性强，危害性较大，对地基基础及建筑物的使用寿命影响较为严重[1]。工厂地坪开裂、下沉、脱空等病害的分散性较大、不联系，人工开挖及钻探取样等传统的探测手段对地基破坏性较大，准确性低，而且工期及成本较高[2]。地质雷达探测是近些年发展起来的一种无损探测技术，具有快速、无损、连续检测、准确性高等优点[3]，已快速应用于建筑工程的各个行业[4]。

本文结合工程实际，利用地质雷达对工厂地坪病害进行扫描，分析图谱规律及病害原因，为病害机理分析及后期加固处理设计提供了可靠依据。

1、工程概况

某工厂3#厂房建筑面积为11669.68m2，混凝土框架结构，建筑层数4层，建筑高度22.65m，基础类型柱下独立基础，地基基础设计等级为丙级。地坪地面结构为：(1)50mm厚C25耐磨混凝土面层+150mm厚C20混凝土垫层+素土夯实；(2)20mm厚1:2.5水泥砂浆面层+150mm厚C15混凝土垫层+素土夯实。该工程于2021年6月已竣工，现厂房内一楼地坪面开裂病害较为严重，且在构造柱位置的下沉较为明显，现采用地质雷达对3#厂房地坪病害进行探测。

2、检测内容及仪器设备

2.1检测原理与方法

地质雷达是一种电磁探测技术，利用主频为数十兆赫至千兆赫波段的电磁波，以宽频带短脉冲的形式，由地面通过天线发射器（T）发送至地下，经地下目的体或地层的界面反射后返回地面，为雷达天线接收器（R）接收，其工作原理如图1。

图1地质雷达反射探测原理图

脉冲波的行程为：

式中：t—脉冲波走时（1ns=10-9s);z—反射体深度（m);x—T与R的距离（m);v—雷达脉冲波速（m/ns）。

地质雷达的天线发射及接收器有单置式和双置式之分，单置式为发射与接收器同置一体，双置式为发射与接收分体。

2.2仪器设备

本次采用仪器为便携式通用型LTD-2600探地雷达（图2），该探地雷达系统由中国电波传播研究所自主研发而成，基于高频电磁波反射原理，采用超宽带雷达技术，兼顾探深和分辨率两项指标，可同时对检测面内0～1m内各种病害缺陷、不同深度异常目标进行快速无损探测。

考虑天线中心频率的满足病害探测目标深度、目标最小深度及天线尺寸。本次检测在满足探测深度的前提下，为确保具有最大分辨率，配备中心频率为900MHz的探测天线。检测时采用人工控制移动天线，对3#厂房地坪进行连续透视扫描，边采集数据边实时显示监控，以每条测线剖面单独记录文件，全部数据均为有效记录。混凝土的相对介电常数为9，雷达电磁波波速为0.1m/ns，采集速度为256scan/s，时窗为25ns。

图2便携式探地雷达系统

2.3测线布置

为查明3#厂房地坪开裂、脱空等病害的分布情况，同时确保测线可完全覆盖疑似存在病害的区域，根据现场实际情况，按照十字交叉的原则，在每根构造柱之间均布置了测线，现场共布设了14条测线（L1～L14），测线布置图如图3所示。

3、检测成果及分析

3.1数据处理

对采集的雷达数据处理采用IDSP7.0雷达数据处理分析系统。首先对雷达数据进行批预处理，批预处理主要包括：修改文件头参数、增益自动调节、带通滤波、背景消除、滑动平均、反褶积等，依据雷达反射波的相位、频率与幅值变化综合判别，从异常中剔除地下管线、地下建筑物及地面各种干扰引起的异常，判断出疑似病害的位置为下一步工作提供原始资料依据。数据处理流程如图4所示。

3.2结果分析

地质雷达灰度图是分析探测结果的基础，灰度图横轴为测线长度，纵轴为探测深度，单位均为m。灰度图的识别主要是确定雷达反射信号强、具有相同特征的发射波同相轴[5]。根据各测线探测结果发现，测线L5、L7、L11部分检测段强反射信号同相轴呈绕射弧形，且不连续，较分散，存在一定病害，如图5～图7；其他测线无异常区域。

图4数据处理流程图

从图5～图7中可以看出，L5、L7、L11部分检测段强反射信号同相轴呈绕射弧形，且不连续，较分散，均存在不密实、疏松等病害[6]。可分析出：

(1)测线L5+40.0～L5+48.0m深度0.39m～0.56m处结构存在不密实、疏松等病害；(2)测线L7+4.0～12.0m深度0.21～0.32m处、L7+16.0m深度0.24m～0.31m和L7+32.0～L7+34.4m深度0.23～0.31m处结构存在不密实、疏松等病害；(3)测线L11+18.0～L11+19.0m深度0.22～0.29m处和L11+24.0～L11+26.0m深度0.20～0.27m结构存在不密实、疏松等病害。

结合现场实际情况分析，3#地坪开裂病害因前期地基回填碾压不足，地基不均匀沉降造成，且厂房底部为沟塘，淤泥厚度较大，换填的厚度较小，造成后期沉降过大；构造柱处因应力较为集中，导致开裂病害较为严重；且该厂房内部堆载荷载较大，致使地坪不同区域均出现开裂病害。

图3测线布置

图5测线L5雷达灰度图

图6测线L7雷达灰度图

图7测线L11雷达灰度图

3.3加固建议

针对地质雷达扫描结果和现场开裂病害的实际情况，对后期加固处理提出如下建议：(1)3#厂房柱基应力比较集中且开裂病害比较明显的部位，四周进行切缝处理，防止因应力较为集中，导致周围地坪连续性开裂；若后期柱基四周开裂病害继续加剧，可进行地坪沉降观测，待不均匀沉降稳定后，将柱基周围混凝土清除至素土层，且将素土顶层进行碾压夯实，然后重新浇筑混凝土垫层和面层；(2)地质雷达扫描不同测线不同部位出现的疏松、不密实，应结合现场实际情况，对于病害部位较浅的部位，应直接开挖验证，并重新分层夯实并浇筑混凝土；病害较深的部位，可进行钻探验证，待不均匀沉降稳定后，采用加密注浆的方式进行处理；(3)3#厂房主要用于制作生产，后期货物堆载不易过大，尤其是仪器设备及构造柱附近，防止堆载过大，导致构造柱及柱基发生破坏，对3#厂房产生安全隐患。

4、结论

通过对某工厂3#厂房地坪进行地质雷达探测扫描，准确定位了地坪开裂、脱空等病害的分布位置，为后期加固处理设计提供依据。同时，可见地质雷达无损检测在地坪病害探测方面优势较为显著，且成本较低，可为同类型病害探测提供参考。

参考文献:

[1]李周强.探地雷达在道路无损检测技术中的应用[J].中国公路,2021(14):116-117.

[2]花东文,李劲彬.探地雷达技术在地基病害探测中的应用[J].土木工程,2021,10(11):1206-1211.

[3]刘金龙,陆伟东,路宏伟,等.混凝土结构缺陷的雷达检测方法研究[J].四川建筑科学研究,2009,35(06):91-93.

[4]陆伟东,刘金龙,路宏伟,等.混凝土结构厚度的雷达检测[J].无损检测,2009,31(05):364-366,399.

[5]何亮.探地雷达探测地基病害的应用研究[J].岩土工程技术,2016,30(02):100-104.

[6]刘金龙,谭海亮.地坪土体缺陷的地质雷达探测应用[J].工程质量,2018,36(01):73-75.

文章来源:赵莽,吴大国,姚运昌.地质雷达在地坪病害检测中的应用[J].价值工程,2024,43(17):135-137.