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摘要：某工程使用大型塔吊，塔吊爬升时设立爬升框使其沿着核心筒内墙向上爬升。在预埋件节点区内包括型钢、加劲肋、柱纵筋、柱箍筋、梁纵筋五部分，导致预埋件内钢材分布非常密集，混凝土浇筑和振捣困难，使得该区混凝土存在脱空、不密实等质量隐患，工程的整体质量和安全性受到影响。采用地质雷达法对塔吊已建附着节点预埋件区域混凝土质量进行检测，分析雷达数据评估既定施工方法可能存在的不良后果，以便及时调整施工方案，保证工程能够按期顺利完工。
关键词：混凝土，地质雷达，无损检测
中图分类号：TU974 文献标识码：B
文章编号：1001-9138-（2016）02-0059-63 收稿日期：2015-12-07
1 引言
随着社会经济的发展，对土地的利用效率要求越来越高，高层、小高层建筑越来越多，在施工过程中垂直运输需要塔吊进行调运钢筋、钢管等物料，在满足功能的前提下人们对于外立面的美观追求也是变化多样，而外立面的复杂导致施工中塔吊的附着点选择困难。在施工中塔吊基础计算、塔吊附着计算会得到很高的重视，往往会忽略实际施工过程中塔吊附着点处的混凝土浇筑是否满足设计要求。由于预埋件内各种型钢和钢筋的分布非常密集，使得混凝土浇筑和振捣困难，混凝土存在着不密实、脱空等局部质量隐患，对塔吊正常安全使用、现场人员的人身安全以及整体工程的质量和安全造成影响。因此，有必要对已建附着节点预埋件区域混凝土质量进行检测。本文介绍了地质雷达的工作原理、影响因素、测线布置、雷达参数设置、结果数据分析以及对检测技术的展望。
2 地质雷达工作原理简介
地质雷达是通过发射天线向探测体内发射电磁波，利用接收天线接收来自目标体界面的反射波。根据电磁波传播理论，电磁波在穿过层状介质时，遇到上下不同介质层，电磁波产生折射与反射，由接收天线接收介质反射的回波信息，经计算机对接收的信号及信息进行分析处理（见图1）。电磁波在介质传播过程中，当碰到与周围介电常数不同的目标体边界时，将产生反射波，并由接收天线接收，从而达到探测目的。
电磁波在介质面的折射与反射特征，由折射系数T和反射系数R表示。对于非磁性介质，电磁波垂直入射时，可由下式表示：
其中：ε1，ε2分别为上下介质的介电常数。
由上式可知：反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差异越大，反反射系数越大，雷达接收到的反射信号越强，对于数据的分析也就更加准确。
雷达波在有耗介质中的穿透深度主要取决于地下介质的电导率和雷达中心频率。介质电导率主要影响雷达的反射波波幅，电导率增大或减小会引起反射波波幅的减小和增大，这是由于介质电导率越大电磁波能量在介质中的衰减就越大。地质雷达是在地下有耗介质中传播，而对于同一个区域，由于地下介质不可改变，能决定探测深度和分辨率的就是地质雷达天线的频率。在实际工作中，探测空间介质并非完全满足介电极限条件，其探测深度与环境介质导电率σ和工作频率f均呈反比关系。
3 工程实例
3.1 工程概况
本工程塔楼为带加强层的型钢混凝土框架-筒体结构，主屋面高度309.2米，加上出屋面灯箱结构350.6米，塔楼地上68层，核心筒采用现浇混凝土楼盖体系，筒外为钢-混凝土压型钢板组合楼盖体系，塔楼地下4层，为钢筋混凝土现浇楼盖体系，基础为混凝土灌注桩-筏板基础。本工程混凝土强度等级为C60。钢筋采用HRB235、HRB335到HRB400，钢筋直径为6-32，型钢采用Q235，Q345和Q345GJ。
根据施工要求，使用2700和750两台大型塔吊，该大型塔吊主要由塔身、回转平台和大臂构成，塔吊爬升时设立爬升框，使其沿着核心筒内墙向上爬升，以满足结构施工需要。爬升脚手架沿在建建筑核心筒利用预埋件搭设，施工荷载通过埋件传递给核心筒。预埋件节点区内包括型钢、加劲肋、柱纵筋、柱箍筋、梁纵筋五部分，导致预埋件内钢材分布非常密集，混凝土浇筑和振捣困难，混凝土存在质量隐患。运用地质雷达对上述2700和750两台大型塔吊已建附着节点预埋件区域混凝土质量进行检测，评估既定施工方法可能存在的不良后果，以便及时调整施工方案，保证工程能够按期顺利完工。
工程结构多是非均质的，特别是混凝土结构。混凝土结构中有骨料、钢筋，振捣不密实形成的孔隙和施工不当形成的脱空区等都是结构中的非均体，或称异常结构微元体。这些异常微元体的存在使工程介质的性质表现出强烈的不均匀性和局部异常，大小不等、分布不均。这些特征符合地质雷达的工作原理和检测条件，能够得到良好的检测效果。
3.2 检测方案
3.2.1 测线布置
本次检测测线布置参考《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》（TB10223-2004；T341-2004）和《雷达法检测建设工程质量技术规程》（DGJ 32-TJ79-2009）。
预埋钢板的周边是浇筑时最可能出现不密实和脱空质量隐患的区域，所以根据工程现场的实际检测条件，为保证检测效果，对预埋件四周每边外延0.5米区域进行检测（见图2）。在发现疑似病害区域，进行局部加密反复检验，予以确认，具体测点布置见图3。检测时，将雷达天线与道路表面紧密贴合，沿测线滑动，进行快速采集。为保证雷达图上各测点的位置与实际检测里程位置相对应，每若干米作一个里程标注，设为一个检测段，以实现检测过程中对地质雷达运行里程及病害相对位置的准确控制。
3.2.2 选择测量参数
检测效果与雷达参数的选择息息相关。测量参数包括天线中心频率，时窗，采样率，测点点距和发射、接收天线间距。
天线中心频率的选择要考虑到目标深度、目标最小尺寸以及天线尺寸是否符合场地需要。一般来说，在满足分辨率且地质条件又许可时，应该尽量使用中心频率低的天线。根据现场检测深度，本次天线选择600HMZ和1200MH两种频率的屏蔽天线。 3.3 检测结果
对2700塔吊、750塔吊35层10个检测点进行了检测。本次检测共检节点40个，布置测线11条。其中个别测线发现存在缺陷，其他测线处混凝土内部较为密实。
脱空现象。混凝土、土层与空气的电性差异较大，当电磁波在混凝土与空气、空气与土层中传播时，会产生强反射界面，上下两个界面两次反射，在雷达剖面图上就会呈现明暗相间的反射异常，这就说明存在空洞或裂隙。
不密实现象。管道与路面间的土体不密实，就会有多个界面对电磁波多次反射，不密实的土体在地质雷达剖面图上波形杂乱。
对于2700塔吊35层，1测点3测线处出现混凝土脱空（见图4），3测点4测线、4测点1测线（见图5）和5测点1测线处有不密实现象。对于750塔吊35层，1测点1测线（见图6）、2测点1测线和4测点3测线处出现混凝土脱空，3测点3测线处有不密实现象（见图7）。
4 结语
第一，地质雷达作为一种间接探测手段，也存在局限性、多解性等缺陷，例如雷达天线频率的选择、参数的调整以及对雷达图的准确判断。因此，需要在检测过程中反复比对，认真分析。
第二，为提高检测的准确性，采用多种检测手段做对比，提高准确性，例如超声波检测、电磁波检测、红外线检测等相互对比校对。
第三，未来的检测手段应朝着能精确确定缺陷区的形状、大小和深度，无损，能在大范围内进行检测与定位，不受周边环境影响，轻便的方向发展。
参考文献：
1.贾桂莲 储国华 李水平.关于塔吊附着点的分析研究.建筑建材装饰.2014.7
2.李大心.探地雷达方法与应用.地质出版社.1994
3.钟琳.天线阵地质雷达在市政管线探测中的应用.福建建筑.2010.144（6）
作者简介：
郭宪辉，沈阳建筑大学讲师，研究方向为混凝土结构。
郭凯，沈阳建筑大学讲师，研究方向为无损检测。
王琦，沈阳建筑大学讲师，研究方向为混凝土检测。
Abstract：Use a large crane project，set up the climb upward along the frame core tube inner wall.The climbing scaffold in the construction of core tube with embedded parts erection，construction loads through embedded parts transfer to core tube.Embedded anchors in the area consists of five parts，steel，stiffener，and column longitudinal reinforcement，stirrups， longitudinal reinforcement of beam，resulting in embedded parts of steel distribution is very intensive，concrete pouring and vibration tamping difficulties and concrete quality problems.The geological radar method of tower crane has been built of attached nodes embedded parts of the area of concrete quality detection，established the method of construction may have adverse consequences assessment，for the timely adjustment of construction plan and ensure the project can be successfully completed on schedule.
Keywords：Concrete，Geological radar method，Nondestructive testing
陈品禄/责任编辑
关键词：混凝土，地质雷达，无损检测
中图分类号：TU974 文献标识码：B
文章编号：1001-9138-（2016）02-0059-63 收稿日期：2015-12-07
1 引言
随着社会经济的发展，对土地的利用效率要求越来越高，高层、小高层建筑越来越多，在施工过程中垂直运输需要塔吊进行调运钢筋、钢管等物料，在满足功能的前提下人们对于外立面的美观追求也是变化多样，而外立面的复杂导致施工中塔吊的附着点选择困难。在施工中塔吊基础计算、塔吊附着计算会得到很高的重视，往往会忽略实际施工过程中塔吊附着点处的混凝土浇筑是否满足设计要求。由于预埋件内各种型钢和钢筋的分布非常密集，使得混凝土浇筑和振捣困难，混凝土存在着不密实、脱空等局部质量隐患，对塔吊正常安全使用、现场人员的人身安全以及整体工程的质量和安全造成影响。因此，有必要对已建附着节点预埋件区域混凝土质量进行检测。本文介绍了地质雷达的工作原理、影响因素、测线布置、雷达参数设置、结果数据分析以及对检测技术的展望。
2 地质雷达工作原理简介
地质雷达是通过发射天线向探测体内发射电磁波，利用接收天线接收来自目标体界面的反射波。根据电磁波传播理论，电磁波在穿过层状介质时，遇到上下不同介质层，电磁波产生折射与反射，由接收天线接收介质反射的回波信息，经计算机对接收的信号及信息进行分析处理（见图1）。电磁波在介质传播过程中，当碰到与周围介电常数不同的目标体边界时，将产生反射波，并由接收天线接收，从而达到探测目的。
电磁波在介质面的折射与反射特征，由折射系数T和反射系数R表示。对于非磁性介质，电磁波垂直入射时，可由下式表示：
其中：ε1，ε2分别为上下介质的介电常数。
由上式可知：反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差异越大，反反射系数越大，雷达接收到的反射信号越强，对于数据的分析也就更加准确。
雷达波在有耗介质中的穿透深度主要取决于地下介质的电导率和雷达中心频率。介质电导率主要影响雷达的反射波波幅，电导率增大或减小会引起反射波波幅的减小和增大，这是由于介质电导率越大电磁波能量在介质中的衰减就越大。地质雷达是在地下有耗介质中传播，而对于同一个区域，由于地下介质不可改变，能决定探测深度和分辨率的就是地质雷达天线的频率。在实际工作中，探测空间介质并非完全满足介电极限条件，其探测深度与环境介质导电率σ和工作频率f均呈反比关系。
3 工程实例
3.1 工程概况
本工程塔楼为带加强层的型钢混凝土框架-筒体结构，主屋面高度309.2米，加上出屋面灯箱结构350.6米，塔楼地上68层，核心筒采用现浇混凝土楼盖体系，筒外为钢-混凝土压型钢板组合楼盖体系，塔楼地下4层，为钢筋混凝土现浇楼盖体系，基础为混凝土灌注桩-筏板基础。本工程混凝土强度等级为C60。钢筋采用HRB235、HRB335到HRB400，钢筋直径为6-32，型钢采用Q235，Q345和Q345GJ。
根据施工要求，使用2700和750两台大型塔吊，该大型塔吊主要由塔身、回转平台和大臂构成，塔吊爬升时设立爬升框，使其沿着核心筒内墙向上爬升，以满足结构施工需要。爬升脚手架沿在建建筑核心筒利用预埋件搭设，施工荷载通过埋件传递给核心筒。预埋件节点区内包括型钢、加劲肋、柱纵筋、柱箍筋、梁纵筋五部分，导致预埋件内钢材分布非常密集，混凝土浇筑和振捣困难，混凝土存在质量隐患。运用地质雷达对上述2700和750两台大型塔吊已建附着节点预埋件区域混凝土质量进行检测，评估既定施工方法可能存在的不良后果，以便及时调整施工方案，保证工程能够按期顺利完工。
工程结构多是非均质的，特别是混凝土结构。混凝土结构中有骨料、钢筋，振捣不密实形成的孔隙和施工不当形成的脱空区等都是结构中的非均体，或称异常结构微元体。这些异常微元体的存在使工程介质的性质表现出强烈的不均匀性和局部异常，大小不等、分布不均。这些特征符合地质雷达的工作原理和检测条件，能够得到良好的检测效果。
3.2 检测方案
3.2.1 测线布置
本次检测测线布置参考《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》（TB10223-2004；T341-2004）和《雷达法检测建设工程质量技术规程》（DGJ 32-TJ79-2009）。
预埋钢板的周边是浇筑时最可能出现不密实和脱空质量隐患的区域，所以根据工程现场的实际检测条件，为保证检测效果，对预埋件四周每边外延0.5米区域进行检测（见图2）。在发现疑似病害区域，进行局部加密反复检验，予以确认，具体测点布置见图3。检测时，将雷达天线与道路表面紧密贴合，沿测线滑动，进行快速采集。为保证雷达图上各测点的位置与实际检测里程位置相对应，每若干米作一个里程标注，设为一个检测段，以实现检测过程中对地质雷达运行里程及病害相对位置的准确控制。
3.2.2 选择测量参数
检测效果与雷达参数的选择息息相关。测量参数包括天线中心频率，时窗，采样率，测点点距和发射、接收天线间距。
天线中心频率的选择要考虑到目标深度、目标最小尺寸以及天线尺寸是否符合场地需要。一般来说，在满足分辨率且地质条件又许可时，应该尽量使用中心频率低的天线。根据现场检测深度，本次天线选择600HMZ和1200MH两种频率的屏蔽天线。 3.3 检测结果
对2700塔吊、750塔吊35层10个检测点进行了检测。本次检测共检节点40个，布置测线11条。其中个别测线发现存在缺陷，其他测线处混凝土内部较为密实。
脱空现象。混凝土、土层与空气的电性差异较大，当电磁波在混凝土与空气、空气与土层中传播时，会产生强反射界面，上下两个界面两次反射，在雷达剖面图上就会呈现明暗相间的反射异常，这就说明存在空洞或裂隙。
不密实现象。管道与路面间的土体不密实，就会有多个界面对电磁波多次反射，不密实的土体在地质雷达剖面图上波形杂乱。
对于2700塔吊35层，1测点3测线处出现混凝土脱空（见图4），3测点4测线、4测点1测线（见图5）和5测点1测线处有不密实现象。对于750塔吊35层，1测点1测线（见图6）、2测点1测线和4测点3测线处出现混凝土脱空，3测点3测线处有不密实现象（见图7）。
4 结语
第一，地质雷达作为一种间接探测手段，也存在局限性、多解性等缺陷，例如雷达天线频率的选择、参数的调整以及对雷达图的准确判断。因此，需要在检测过程中反复比对，认真分析。
第二，为提高检测的准确性，采用多种检测手段做对比，提高准确性，例如超声波检测、电磁波检测、红外线检测等相互对比校对。
第三，未来的检测手段应朝着能精确确定缺陷区的形状、大小和深度，无损，能在大范围内进行检测与定位，不受周边环境影响，轻便的方向发展。
参考文献：
1.贾桂莲 储国华 李水平.关于塔吊附着点的分析研究.建筑建材装饰.2014.7
2.李大心.探地雷达方法与应用.地质出版社.1994
3.钟琳.天线阵地质雷达在市政管线探测中的应用.福建建筑.2010.144（6）
作者简介：
郭宪辉，沈阳建筑大学讲师，研究方向为混凝土结构。
郭凯，沈阳建筑大学讲师，研究方向为无损检测。
王琦，沈阳建筑大学讲师，研究方向为混凝土检测。
Abstract：Use a large crane project，set up the climb upward along the frame core tube inner wall.The climbing scaffold in the construction of core tube with embedded parts erection，construction loads through embedded parts transfer to core tube.Embedded anchors in the area consists of five parts，steel，stiffener，and column longitudinal reinforcement，stirrups， longitudinal reinforcement of beam，resulting in embedded parts of steel distribution is very intensive，concrete pouring and vibration tamping difficulties and concrete quality problems.The geological radar method of tower crane has been built of attached nodes embedded parts of the area of concrete quality detection，established the method of construction may have adverse consequences assessment，for the timely adjustment of construction plan and ensure the project can be successfully completed on schedule.
Keywords：Concrete，Geological radar method，Nondestructive testing
陈品禄/责任编辑