地下连续墙内部缺陷跨孔雷达检测装置和方法与流程

本发明涉及地下工程检测领域，特别涉及一种地下连续墙内部缺陷跨孔雷达检测装置和方法。

背景技术：

位于密集城市中心区的深大基坑周围地面通常坐落着各类建筑结构和交通干道，地下则密布各种地下管线和地铁隧道等，使得基坑周边环境条件复杂、对基坑变形控制要求高；而基坑工程本身则常常面临场地紧张、工期紧、地质条件复杂、施工难度大、环境保护要求高等挑战。在这种条件下，地下连续墙结合内支撑系统是常用与成熟的围护结构型式之一，通常具有刚度大、整体性好、安全性高、围护墙体变形较小、抗渗能力强等优点，成为保障地下工程安全与环境安全的关键载体。

然而，超深地下连续墙结构设计复杂、施工工序繁复，再加上地质情况多变等诸多不可预见的不利因素，将在很大程度上影响到地下连续墙围护结构的实体质量，导致结构出现夹泥、空洞、墙体裂缝、接头开裂以及槽底沉渣等缺陷，使围护结构在基坑开挖过程中出现渗漏水、流砂、支撑开裂、甚至发生基坑内水土突涌、基坑塌陷等风险事件，严重影响到基坑本身的安全及周边地铁、隧道、地下管线及建（构）筑物等周边环境的安全，造成巨大的经济损失。

因此，有必要在基坑开挖前对地下连续墙内的缺陷进行检测，从而有的放矢地进行结构加固和风险预控，避免灾难性事故的发生。但是，从已有的研究成果来看，目前并无成熟可靠的方法对地下连续墙在基坑开挖之前进行质量检测和评估，现有的检测方法多是沿用工程物探的方法（如电阻率法）或是借鉴桩基检测的相关技术（如钻芯法、低应变法、声波透射法等），缺乏针对性，检测效果无法保证。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对地下连续墙在施工中可能存在的裂缝、空洞、夹泥、接头开裂及槽底沉渣等缺陷，提供一种地下连续墙内部缺陷跨孔雷达检测装置和方法。这种技术可在地下连续墙施工完成之后，基坑开挖前，通过地下连续墙内预埋的测管，利用电磁波透射原理，能有效检测出墙内可能存在的缺陷。

本发明是已有的跨孔雷达方法在地下工程检测领域新的应用。跨孔雷达能够检出病害的条件是缺陷部位和完整结构的电性参数有明显差异。地下连续墙的基本功能是挡土与阻水，当缺陷出现后，缺陷部位往往成为地下水渗流的通道，相对于具有较好防水抗渗性能的混凝土结构来说，缺陷部位的含水量会显著增大。水是自然界电磁介质中相对介电常数最高的物质，其值高达81，而地下混凝土结构的相对介电常数通常为6~20。当结构某处的含水量增加时，该部位的相对介电常数会显著增大，而介电常数又会影响电磁波在地下结构中的传播，因此，可通过跨孔雷达对地下结构进行透射测量，通过推断结构内部相对介电常数的分布来判断结构缺陷的分布情况。

本发明提出的地下连续墙内部缺陷跨孔雷达检测装置，所述检测装置用于地下连续墙墙体，在所述地下连续墙墙体的钢筋笼绑扎过程中，ＰＶＣ管沿地下连续墙深度方向固定于钢筋笼上；若干根ＰＶＣ管分别布置于地下连续墙墙体的中间厚度处，且沿地下连续墙墙体的深度方向通长布置；其中：包括跨孔雷达系统和天线升降机构；所述天线升降机构由若干个三脚架、若干个导向测距滑轮和若干个卷线轮组成，每个三脚架架设于ＰＶＣ管顶部，每个三脚架上装有导向测距滑轮，每个导向测距滑轮对应一个卷线轮；相邻的两根ＰＶＣ管之间，一根ＰＶＣ管上设置发射天线，另一根ＰＶＣ管上设置接收天线，一根电缆一端与发射天线连接，电缆另一端经由一个导向测距滑轮绕在一个卷线轮上，并从该卷线轮接出，与雷达主机的发射端口相连；同样，另一根ＰＶＣ管上设置接收天线，另一根电缆一端与接收天线连接，另一根电缆另一端经由另一个导向测距滑轮绕在另一个卷线轮上，并从该卷线轮接出，与雷达主机的接收端口相连；所述卷线轮由电机驱动，可实现对发射天线和接收天线同步或异步下放或提升，所述三脚架和导向测距滑轮用于对发射天线或接收天线进行定位，导向测距滑轮可对发射天线或接收天线在测ＰＶＣ管中的位置以及下放或提升的高度进行测量。

本发明中，所述雷达系统工作频率为200~500MHz。

本发明中，所述PVC管的直径为70mm，相邻ＰＶＣ管的管间距为1~2m。

本发明中，所述发射天线或接收天线移动步距可设置为5cm或10cm，进行精确测量的范围可选定为初步判断缺陷所处深度的上下1m范围内，接收天线或发射天线所处深度和下放距离由导向测距滑轮测定。

本发明中，所述一个发射天线对应一个或若干个接收天线。

本发明提出的地下连续墙内部缺陷跨孔雷达检测装置的检测方法，包括以下步骤：

（１）在地下连续墙墙体的钢筋笼绑扎过程中，将ＰＶＣ管固定于钢筋笼上，ＰＶＣ管应布置在地下连续墙体中间厚度处，且沿地下连续墙深度方向通长布置；

（２）地下连续墙墙体浇筑完成后，对ＰＶＣ管实际位置进行记录，对ＰＶＣ管有效深度进行复核，必要时对ＰＶＣ管进行疏通；

（３）在相邻两ＰＶＣ管上方分别架设三脚架，相应的安装导向测距滑轮；

（４）将跨孔雷达发射天线和接收天线通过电缆，经由相应的导向测距滑轮和卷线轮连接至雷达主机，调节相应的卷线轮使发射天线和接收天线位于孔口且处于同一深度；

（５）进行初步测量。从孔口开始，同步下放发射天线和接收天线至测管底部，下放过程中每间隔设定步距采集一次雷达数据，测量完成后通过数据分析得出是否存在缺陷及缺陷的大致深度；

（６）进行精确测量。在步骤（５）判断为可能的缺陷位置上下一定范围内，将发射天线固定于该范围顶部，接收天线从该深度范围顶部开始下放，每下放设定步距采集一次数据，直到接收天线到达选定的深度范围底部；然后将发射天线下放设定步距并固定，接收天线重复上述操作，直至发射天线下放至选定的深度范围底部；测量完成后通过数据分析得出缺陷的具体位置、大小和形状。

本发明进一步的特点在于：

所述跨孔雷达工作频率范围为200~500MHz，测管为直径70mm的PVC管，相邻测管间距为1~2m，天线移动步距可设置为5cm或10cm，进行精确测量的范围可选定为初步判断缺陷所处深度的上下1m范围内，天线所处深度和下放距离由导向测距滑轮测定。

本发明在地下连续墙内沿竖直方向预埋测管，检测时采用跨孔雷达方法，将发射天线和接收天线分别放置于相邻测管中，在测管中的不同位置发射和接收高频电磁波，由于缺陷部位的介电常数和电导率明显高于完整的混凝土结构，当电磁波经过地下连续墙内的缺陷区域时，其波速、振幅和波形都会发生改变，因此可通过分析电磁波的形态来判断地下连续墙中是否存在缺陷以及缺陷的位置、大小和形状等信息。

附图说明

图1为跨孔雷达方法检测地下连续墙缺陷的原理示意图；

图2为初步测量示意图；

图3为精确测量示意图；

图中标号：1.地下连续墙墙体，2.PVC管，3.三脚架，4.导向测距滑轮，5.卷线轮，6.发射天线，7.接收天线，8.电缆，9.雷达主机，10.缺陷。

具体实施方式

下面通过实施例结合进一步说明本发明。

实施例１：参见图1。在地下连续墙体1的钢筋笼绑扎过程中，将PVC管2沿地下连续墙体深度方向固定于钢筋笼上，PVC管2应布置在地下连续墙体1的中间厚度处，且沿地下连续墙体1的深度方向通长布置，安装时在PVC管2管顶和管底加盖保护，防止堵塞。地下连续墙体1浇筑完成后，对PVC管2实际位置进行记录，对PVC管2有效深度进行复核，必要时对PVC管2进行疏通。

检测前，进行跨孔雷达检测装置的连接。在相邻的两根PVC管2顶部分别架设一个三脚架3，每个三脚架3上分别装有导向测距滑轮4，将电缆8一端与发射天线6连接，另一端经由一个导向测距滑轮4绕在一个卷线轮5上，并从一个卷线轮5接出与雷达主机9的发射端口相连；同样，接收天线7也通过电缆8经由另一个导向测距滑轮4和另一个卷线轮5连接至雷达主机9的接收端口。

参见图2。进行初步测量。从地表开始，用两个卷线轮5分别将发射天线6和接收天线7以设定步距同步下放，每下放一次采集一次雷达数据，至PVC管2底部结束，下放过程中发射天线6和接收天线7始终位于同一深度。初步测量完成后对波形数据进行分析，如果出现初至走时明显延迟或直达波振幅显著减小，可初步判断该深度范围可能存在缺陷10。

参见图3。进行精确测量。在可能存在缺陷10的部位上下一定范围内进行精确测量，测量时用一个卷线轮5将发射天线6固定于该深度范围顶部，接收天线7从该深度范围顶部开始下放，并且每下放设定步距采集一次数据，直到接收天线7到达选定的深度范围底部。然后将发射天线6下放设定步距并固定，接收天线7重复上述操作，直至发射天线6下放至选定的深度范围底部。精确测量完成后对数据进行反演成像分析，可以得出缺陷10的具体位置、大小和形状。