探地雷達在水利工程安全檢測中的運用

馮永梅

（臨夏州水務(wù)局，甘肅 臨夏 731 100）

0 引言

對于探底雷達檢測方法而言，具有無需破壞被檢測物品的特點，甚至也能精準額勘測到施工建設(shè)場地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和目標物體，將此種檢測方法應(yīng)用到水利工程安全檢測工作中，具有良好的應(yīng)用效果。水利工程在施工建設(shè)期間，做好安全檢測與保證工作非常重要，通過正確使用探地雷達檢測方法，獲取具有精準性和科學性的結(jié)論，為后續(xù)做好其他環(huán)節(jié)的各項工作提供參考依據(jù)。水利工程施工建設(shè)效果，會受到實際 應(yīng)用的材料、建筑結(jié)構(gòu)、天氣狀況、溫度變化等多種因素的影響，這就要求探地雷達檢測技術(shù)人員，緊緊依據(jù)檢測結(jié)果分析，制定能夠達到預(yù)期標準的安全施工方案。本文從探地雷達技術(shù)相關(guān)內(nèi)容入手，展開闡述，針對如何正確應(yīng)用探地雷達方法，開展安全檢測工作進行全面探討。

1 探地雷達技術(shù)相關(guān)內(nèi)容

1.1 工作原理

探地雷達技術(shù)屬于無損檢測技術(shù)的范疇，具有較強的先進性，主要就是對地下和地面混凝土結(jié)構(gòu)進行探測，同時也是地球物理探測方法的重要組成部分。在實際應(yīng)用探地雷達技術(shù)期間，主要就是利用高頻電磁沖脈波的反射原理，落實各項檢測工作。如在應(yīng)用電磁波來輻射檢測目標的過程中，一部分會形成“直達波”，主要就是對地下目標進行深度探測；而另一部分會則會直接進入到被檢測物的內(nèi)部，在進行傳播期間，不可避免的會遇到不同的介質(zhì)，進而就會產(chǎn)生反射波。在最后階段，技術(shù)人員通過對發(fā)射波自身存在的異常狀況，進行觀察和判斷，最大程度上保證檢測結(jié)果具有精準性。不可否認，不同介質(zhì)的介電常數(shù)和電導(dǎo)率存在明顯的差別，這樣就會導(dǎo)致其對電磁波的具體發(fā)射情況存在差別。在此種狀況下，既要對發(fā)射波進行細致分析，進而就能夠精準判斷檢測目標內(nèi)部的實際狀況。

1.2 探地雷達技術(shù)優(yōu)缺點

一是優(yōu)點。探地雷達技術(shù)是無損探測技術(shù)的一種關(guān)鍵技術(shù)，實際應(yīng)用的設(shè)備方便攜帶；在實際工作中，探地雷達作為新型的無損檢測設(shè)備，具有攜帶方便、非破壞性、檢測快速、精度高等特點，受到廣大技術(shù)人員越來越多的關(guān)注，并且已經(jīng)在路面厚度檢測和隧道襯砌厚度檢測中得到推廣和應(yīng)用。如果將探地雷達技術(shù)與其他種類的物理技術(shù)進行對比，能夠發(fā)現(xiàn)該項技術(shù)的探測速度更快，并且還具備較高的分辨率，其通過圖像的形式將探測結(jié)果呈現(xiàn)出來，具有較強的清晰性和直觀性，便于水利工程施工人員參考施工。

二是缺點。在實際應(yīng)用探地雷達技術(shù)期間，探測深度會受到一定的限制，通常狀況下要在50m 之內(nèi)來使用此種技術(shù)，即便是這樣，對于水利工程而言不會造成影響；最終探測結(jié)果的準確性，會受到波速值測試精準度的影響，比方說如果水利工程施工場地的地質(zhì)狀況比較復(fù)雜，就會對最終的探測結(jié)果造成影響[1]。在對探地雷達技術(shù)進行應(yīng)用時，具有加高的要求，如探測目標體與周圍介質(zhì)，都要具備較為顯著的電信差異，否則將不利于最終檢測結(jié)果有效性。在面對探地檢測技術(shù)這些缺點期間，水利工程在對最終探測到的結(jié)果進行分析和解讀時，就要指派具有專業(yè)性的工作人員參與其中，從而為后續(xù)制定更具有針對性的安全施工方案奠定基礎(chǔ)。

1.3 探地雷達技術(shù)需求

應(yīng)用探地雷達技術(shù)來探測水利工程中的各項安全隱患，具有比較顯著的應(yīng)用效果。但是考慮到水利工程環(huán)境自身的特殊性，通過長時間的使用各項設(shè)備，其電磁體性不可避免的會因為外界條件不斷變化而發(fā)生變化，這樣就會降低探測結(jié)果的精準性?；诖耍趯μ降桌走_技術(shù)進行應(yīng)用期間，會需要其他種類的技術(shù)發(fā)揮功能作用。一是軟件方面的需求，要注重提升軟件自身的數(shù)據(jù)處理能力、目標自動識別能力等，最終目的就是為了保障滿足水利工程安全檢測需求，如高效進行功能選擇和二次開發(fā)。二是技術(shù)水平方面的需求，著重提升高效收發(fā)機、低噪聲取樣技術(shù)水平，甚至還要進一步提升分辨率。

2 探地雷達的具體探測方式

水利工程安全檢測工作人員，在應(yīng)用探地雷達技術(shù)進行探測期間，需要緊緊就結(jié)合被探測的具體范圍、探測目標進行分析，制定具有科學性和合理性的探測方案，從而明確與之相對應(yīng)的雷達探測方式，本文就是對其中幾種比較重要的探測方式進行詳細介紹。

2.1 反射探測方式

在對探地雷達方式進行應(yīng)用期間，測量時最重要的影響工作，就是要將發(fā)射天線T 與接收天線R 分開，真正做到保持相對距離，從而為后續(xù)有效移動探測目標提供保障[2]。通過對發(fā)射和接受的電磁波進行研究，發(fā)現(xiàn)其實際上會被不同測點的雷達，分別進行記錄；在完成網(wǎng)格線測量工作之后，會傳輸回波曲線，做好信號分析和多個通道摘除工作；正確處理實際測量到的各類信號和數(shù)據(jù)，之后就能夠獲取與之相比應(yīng)的數(shù)據(jù)?？紤]到電磁波數(shù)據(jù)，能夠精準有效的反映出具體發(fā)射面的調(diào)整，所以此種探測方式被水利工程安全檢測技術(shù)人員充分應(yīng)用。

2.2 共中心點探測方式

在對共中心點探測方式原理進行分析期間，發(fā)現(xiàn)發(fā)射天線和接收天線，主要就是將目標體作為中心的相反方向進行等距移動；在同時開展數(shù)據(jù)采集和移動工作期間，在一定狀況下如果想要全面提升采集數(shù)據(jù)有效性，就需要停止移動[3]。共中心點探測方式充分發(fā)揮功能作用，能夠保證同一測點在不同天線下的數(shù)據(jù)，進行疊加；最后通過平均，就能夠獲取真實有效的探測結(jié)果。因此，水利工程安全檢測技術(shù)人員，對共中心點探測方式進行正確應(yīng)用，在減少測量誤差的基礎(chǔ)上，即便是面對不易被識別的目標體時，也能夠精準識別。

2.3 寬角探測方式

寬角探測方式與其他形式的探地雷達技術(shù)不同，如在應(yīng)用期間需要保證發(fā)射天線具有固定性，不能輕易進行移動；而對于接受天線而言，則是要處于均速移動的狀態(tài)，這樣就能夠在精準記錄面數(shù)據(jù)之后，通過分析獲取最終的探測結(jié)果。

2.4 透射探測方式

此種類型的探測方式，要求發(fā)射天線和接收天線，具體分布在物體兩側(cè)的位置；之后再通過傳輸發(fā)射波和接受分析，精準獲取與實際被測物體相關(guān)的各項數(shù)據(jù)[4]。透射法取得的資料必須經(jīng)過處理才能顯示成解釋所需的資料。SSI 公司于1997年開發(fā)出可用于將GPR 透射資料變換成可用于解釋圖像的軟件。實施步驟包括：原始資料編輯和歸類、采集波至、利用美國礦業(yè)局的地震層析軟件對資料進行層析成像處理，繪制速度、衰減及波散圖件以及圖像處理等。

3 探地雷達在水利工程安全檢測中的運用

3.1 探地雷達的資料處理

水利工程工程在應(yīng)用探地雷達進行探測期間，要認識到探地雷達極易受到各種噪音影響這一問題，如果沒有及時處理，這些噪音就對最終的探測結(jié)果產(chǎn)生不同程度的干擾，甚至還會降低圖像的真實性。在傳播電磁波期間，不課避免的會產(chǎn)生衰減、反射、折射等問題，如果這些不同種類的波處于相互疊加的狀態(tài)，無形中就會增加圖像還原難度，所有探地雷達的資料處理，會對最終探測結(jié)果的真實性與有效性產(chǎn)生嚴重影響[5]。在開展探地雷達資料處理工作期間，主要就是對處理實際記錄的波形信號，在此期間會應(yīng)用到去除噪音、過濾波、偏移歸位等多種方式，進而達到優(yōu)化各項數(shù)據(jù)資料，反應(yīng)被檢測物真實狀態(tài)的目的。

3.2 探地雷達具體應(yīng)用案例

例如A 水庫工程，主要就是由大壩、導(dǎo)流泄洪洞、引水管、工作橋等多種不同功能作用的建筑物組合而成。應(yīng)用探地雷達技術(shù)進行檢測期間，主要就是導(dǎo)流泄洪洞自身的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行檢測，如檢測其基礎(chǔ)和洞外璧砂層的實際密實程度，進而對其是否存在裂縫和空洞現(xiàn)象進行確認。

（1）做好測線布置工作。在明確導(dǎo)流泄洪洞的實際形狀之后，可以在側(cè)墻水平方向的位置上，一共布置4 條測線，并且要保證側(cè)墻中的測線與底板之間的距離為1.2m、側(cè)墻底部測線與底板之間的距離為0.4m 等。最重要的就是要保證徑向測線，都布置在左右兩端的墻上；從鋼梁底部一直到底板的表面，都要保障雷達天線始終能夠從上向下的方向進行移動；同時還要每隔相應(yīng)的距離就布置一條測線，保證最終布置的測線數(shù)量滿足標準要求。

（2）科學合理選擇探測方法和參數(shù)。比方說以應(yīng)用RIS K2 型探地雷達方式為主，主要就是對其較高的分辨率進行充分應(yīng)用，甚至在完成探測工作之后所產(chǎn)生的探測結(jié)果，都會以是數(shù)據(jù)庫的形式進行自動存儲，能夠為水利工程安全檢測工作提供諸多便利。在此過程中，為了能夠達到探測精準標準，可以通過應(yīng)用連續(xù)探測的方式，開展數(shù)據(jù)采集工作，但要保證天線頻率處于600MHz 的狀態(tài)，實際的測點距離為0.1m，甚至也要明確有效的探測深度為3m。如果雷達天線處于沿著實際定測線，并且還是緊貼混凝土表面向前移動的狀態(tài)，那么就要滾動測距輪，使其觸發(fā)高頻電磁波[6]。一旦電磁波與電性不同的分界面相遇，就會產(chǎn)生相應(yīng)的反射，在此期間產(chǎn)生的信號會被天線接收，之后就能夠在雷達轉(zhuǎn)換卡的作用下，直接將脈沖信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將其傳輸給雷達主機，最后通過落實噪音處理和濾波等多項工作，就能夠獲取水利工程隱蔽部位的連續(xù)雷達剖面圖。水利工程安全檢測人員通過采用此種類型的檢測方法，會獲得大量的剖面圖，其中水平方向取底板右部測線剖面圖具有一定的代表性，探地雷達檢測技術(shù)人員可以對其進行正確分析。

（3）選擇具有針對性的探地雷達天線。考慮到探地雷達探測結(jié)果的精準度和結(jié)構(gòu)，都會受到天線的實際規(guī)格、時窗、采樣率、測點距離等多項因素的影響，這就要做好在明確各項因素影響程度的基礎(chǔ)上，做好探地雷達天線選擇工作，保證其與水利工程安全檢測要求具有一致性[7]。對于探地雷達而言，能否精準確定天線的中心頻率至關(guān)重要，這就要綜合考量水利工程探測目標的深度、尺寸，之后再對探地雷達的天線頻率進行正確計算。

實際上，雷達探測的具體深度，會受到中心頻率和傳播介質(zhì)相對介電常數(shù)的影響，考慮到傳播介質(zhì)相對介電常數(shù)自身特征具有較強的穩(wěn)定性，甚至不會發(fā)生改變，足以說明固定探測目標探測深度，只會受到天線中心頻率的影響。如高頻率電磁波的波長比較短，極易產(chǎn)生衰減的現(xiàn)象，進而導(dǎo)致探測深度小、分辨率高的現(xiàn)象；低頻率電磁自身的波長比較常長，所以其衰減速度會比較慢、探測深度會比較大，但是其分辨率就比較低?；诖?，就要結(jié)合實際狀況，選擇具有針對性的天線頻率，嚴格按照測量目標體的實際需求，做好該項工作。

4 結(jié)束語

綜上所述，探地雷達是一種具有無損性的檢測設(shè)備，水利工程在對其進行應(yīng)用期間，就是考慮到其具有方便高效的特點，不僅能夠直接將水利工程建筑結(jié)構(gòu)反應(yīng)出來，也能保證水利工程安全施工，對于提升施工建設(shè)質(zhì)量具有重要幫助。其主要就是將電磁波原理最為基礎(chǔ)條件，但是不能否認，一旦兩種介質(zhì)之間的性質(zhì)存在較大差異，雷達所成的圖像剖面圖的波動幅度就會產(chǎn)生越大的變化，不利于連續(xù)性的提升。探測雷達檢測方式，水利工程安全檢測工作應(yīng)用效率較高的一種方式，變化水利工程指定完善的安全施工與管控方案。