OKO-2地质雷达在混凝土检测中的应用.doc

北 京 保 青 伟 业 科 技 有 限 公 司Beijing Baoqing Weiye Science & Technology co., Ltd.OKO-2地质雷达在混凝土检测中的应用一、原理 探地雷达是通过天线将脉冲雷达波发射入被测物体，由接收天线接收不同物理性质物体的界面反射的雷达波，据此进行探查。实测时将探地雷达的发射和接收天线密贴于混凝土表面，雷达波通过天线进入混凝土中，遇到钢筋、钢质拱架、材质有差别的混凝土、混凝土中间的不连续面、混凝土与空气分界面、混凝土的裂面等产生反射，接收天线接收到反射波，测出反射波的入射、反射双向走时，就可计算出反射波走过的路程长度，从而求出天线距反射面的距离D（图4-1）。 图4-1 雷达探测原理示意图D=Vt/2式中： D 为天线到反射面的距离；t 为雷达波从发射至接收到反射波的走时，用ns (纳秒计)，1 ns=10-9秒； V 为雷达波的行走速度，可以用几何光学的概念来看待直线传播的雷达波的透射和反射。V=C0/1/2其中，C0 为雷达波在空气中的传播速度30cm/ns；为介电常数，由波所通过的物质决定。即物体中的雷达波速由其介电常数决定。 如空气的=1，水的=80，混凝土的在46之间。实际上，雷达波之所以会在物体界面产生反射，是因为界面两侧物质介电常数不同。雷达天线可沿所测测线连续滑动，所测的每个测点的时间曲线可以汇成时间剖面图像。从一个测点的反射波时间曲线上去判别哪一个波反映什么是困难的，但多个测点资料汇成的时间剖面，各测点接收到的同一反射面的反射波汇成一定图像，就能直观地反映出各种不同的反射面。例如从空气中进入土层、混凝土反射振幅反向，折射波不反向。从混凝土后边的脱空区再反射回来时，反射波不反向，结果脱空区的反射与混凝土表面的反射方向正好相反。如果混凝土后边充满水，波从该界面反射也发生反向，与表面反射波同向，而且反射振幅较大。时间剖面图像是探地雷达成果的基本图件，其横坐标为测点位置，纵坐标为雷达波反射时。可以用黑白波形图像（波形图黑白显示）、黑白灰度显示、彩色显示等形式制图。二、检测实例1、在2010年9月30日，公司技术工程师为成勘院进行技术培训时，对雅安的仁宗海大坝进行检测，采用的天线频率为AB-400MHz的屏蔽天线，中心频率400 Hz，探测深度达5m，重量5.5 kg，功率6 W。采集时的参数设定：对不同的检测内容采用了不同的滤波方式以及显示方式，使图像更加便于分析。因检测采用的人工拖动方式进行探测，探测速度为每秒1.01.5m，为增加深层目标物信号强度，设置叠加数为8，信号数量为60000，扫描速率为400 扫/秒，采样点数为511，时间比例为150ns，介电常数为6，滚屏速度为2，采样间隔为60，增益方式：对整个检测范围进行指数增益，增益系数40。下面（图一）是在K02+000220测得的雷达图像,经处理后可清晰的看出混凝土内部的裂缝(图中红色区域)。图一下面（图二）是在K03+300500处测得的雷达图像,由图像上可清晰的看到一条从混凝土表面开始延伸到2M深处的裂缝。与现场看到的情况吻合。图二2、2010年11月15号，公司技术工程师在天津民航大学培训时对民航大学实验基地的地面进行了探测，所用天线为400MHz屏蔽天线，天线中心频率为400MHz，最大探测深度5m，重量5.5kg，功率6W。 采集参数设定如下：为了增加图像信息量叠加设为8，信号数量设为30000，扫描速率为400扫/秒，采样点数采511，时间比例为150ns，介电常数为5.5，采样间隔为50，滚屏速度为2，增益方式：对整个检测范围进行线性增益，增益系数40。图三图三是测得的雷达图像，从图上可清楚地看到距地面0.6m深的两根地梁。 3、2009年9月8号，我公司应河北大学新校区建设办公室邀请，派工程师到河大新区对其正在建设中的职工楼楼板进行检测，所用天线为AB1700MHz，天线中心频率为1700MHz，最大探测深度0.8m，重量0.8kg。 采集参数设定如下：为了增加图像信息量叠加设为8，信号数量设为30000，扫描速率为400扫/秒，采样点数采511，时间比例为16ns，介电常数为5.5，采样间隔为10，滚屏速度为2，增益方式：对整个检测范围进行线性增益，增益系数40。图四 图四是检测楼板的雷达图像之一，左侧是经过处理的雷达截面图，右侧是截面图黑线位置的波形图。根据左侧雷达截面图能够非常可定的找出第一层钢筋，而且可以判定有两层钢筋，但是由于第一层的影响，第二层钢筋位置难以判断。为了得到第二层钢筋深度和楼板厚度，必须要结合右侧的波形图进行分析。根据反射系数分析方法：1出为楼板面的反射位置，深度0m；2处为第一层钢筋的反射位置，其深度为0.09m；因为波形不是位于第一层钢筋的正上方，所以其值偏差较大，将黑线一刀第一层钢筋抛物线顶点位置，从图像左下角数值即可得到实际深度为0.06m；3处为第二排钢筋的反射位置，深度为0.17m；4处为楼板底面的反射位置，深度为0.24m。由此可见，波形特征分是雷达数据解释的根本方法和重要手段。三、结语地质雷达具有数据采集快、分辨率高、操作简单、结果直观等优点，其应用范围包括钢筋定位、钢筋间距、楼板结构层分层、空心砖建筑质量、古建筑墙体剥离层，暗梁、桩基的