《雷达法检测混凝土结构质量技术标准》DBJ50/T-289-2018简介

刘兴远，刘立军，封承九，王武彪

（1重庆市建筑科学研究院，重庆 400016；2重庆市綦江区建设委员会，重庆 401420）

0 引言

雷达是人类在20世纪电子工程领域的一项重大发明。第一次世界大战期间，军用飞机出现，一些国家在抵御它的进攻时遇到了巨大的困难。为此，有的科学家开始研制一种远距离寻找飞机的仪器，1935年英国著名的物理学家、国家物理研究所无线电研究室主任沃特森·瓦特在此基础上发明了一种既能发射无线电波，又能接收反射波的装置，它能在很远的距离就探测到飞机的轨迹，这就是世界上第一台雷达。由于航空雷达在第二次世界大战中的辉煌战绩，战后各军事强国都加速发展自己的雷达技术，且把军用雷达推广到民用领域，发展了探地雷达。

探地雷达技术（相对于探空雷达）起源于德国科学家在研究埋地特性时的专利技术，直到20世纪60年代末、70年代初，等效采样技术和亚纳秒脉冲产生技术的发展，从技术角度加速了探地雷达的发展。探地雷达自上世纪70年代开始应用，至今已经40多年了，随着对探地雷达技术的不断开发，其应用领域逐渐扩大，在考古、建筑工程、市政工程、铁路、公路、隧道、水利、电力、采矿各领域都有重要的应用，解决场地勘查、线路选择、工程质量检测、病害诊断、超前预报、地质构造研究等问题。

探地雷达方法是利用高频电磁波（主频为106～109Hz或更高）以宽频带短脉冲形式由地面或结构体通过发射天线送入介质内部，电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度及波形随所通过的介质的电性性质及界面几何形态而变化，经目标体的反射后回到表面，由接收天线接收回波信号。根据接收的反射回波的双程走时、波幅、频率、相位等信息，对介质的内部结构进行判释的一种方法。

探地雷达已广泛应用到土木工程中，为了更好地应用雷达检测技术，我国不同行业制定了相应的技术标准[1—4]，为了将雷达检测技术应用到混凝土结构施工质量检测领域，需制定相应的检测技术标准。

1 《雷达法检测混凝土结构质量技术标准》的编制背景

雷达检测法属无损检测技术，目前探地雷达已广泛应用到岩土工程多个方面，其主要应用方向如下：①在工程地质勘察中确定基岩顶面的埋深，探测基岩中的洞穴及断层、裂隙结构，调查与研究第四系活动断层；②对人工建筑物、道路及机场跑道、填方等工程施工质量进行无损检测，以对其现状进行评价；③探查人工挖孔桩桩底是否存在溶洞及基岩顶面的埋深；④对各类隧道的施工中地质超前预报和衬砌施工质量检测；⑤调查公路、铁路及城市、矿山等的地面塌陷成因及预测潜在的塌陷区范围；⑥调查山体滑坡、堤岸崩塌等地质灾害的成因及特征；⑦在城市建设中用于地下管线探测。我国已颁布了一些行业标准[1—4]，这些技术标准推动了探地雷达检测技术的应用。

根据探地雷达的探测原理，在建筑结构中，雷达可探测的项目有：钢筋的分布、结构分层、板厚度、混凝土内部缺陷等。目前工程应用中，对于钢筋分布、楼板厚度、混凝土内缺陷分布则只能分别采用钢筋探测仪、楼板厚度测试仪以及非金属超声波检测仪进行单项指标的检测，探地雷达设备可同时完成上述项目的检测。雷达相对于其他仪器具有准确性、直观性（现场成图）和操作简便等特点，当只有一个探测面时，雷达检测也可实现，因此雷达技术在建设工程质量检测中得到越来越广泛的应用。

重庆直辖以来，建筑产业快速发展，建筑面积逐年增加，建筑工程质量问题备受关注。雷达检测法以其快速、无损、适应性强、检测结果直观等特点而日趋广泛地应用于建设工程质量检测中，纵观重庆市建筑检测行业，目前雷达检测尚无一个技术标准可以依据，无疑限制了雷达检测技术的发展和应用。因此，制定雷达法检测技术标准，规范雷达检测的操作程序和方法，既是技术发展的需要，也是保证检测质量的需要。为此，2010年重庆市城乡建设委员会在《关于印发2010年工程建设标准制订、修订计划项目计划的通知》中批准了该技术标准制订工作。

2009年南京工业大学制订了江苏省地方标准 《雷达法检测建设工程质量技术规程》[5]DGJ32/TJ 79-2009。2013年住房和城乡建设部发布的 《关于印发2013年工程建设标准规范制订、修订计划的通知》批准了由南京工业大学、江苏大汉建设实业集团有限责任公司会同有关单位完成工程建设行业标准《雷达法检测混凝土结构技术规程》的立项申请，2014年12月16日住房和城乡建设部组织专家在南京工业大学召开了规程送审稿审查会，并通过了专家审查，但目前《雷达法检测混凝土结构技术规程》行业标准暂未颁布实施。

2 雷达法检测混凝土结构质量技术标准的适用范围及特点

重庆市 《雷达法检测混凝土结构质量技术标准》DBJ50/T-289-2018（备案号：J14185-2018）由重庆市城乡建设委员会发布，该标准于2018年5月1日起实施。为此，作者简要介绍其适用范围、特点及使用中注意的问题。

探地雷达探测技术应用的前提是探测目标体与周围介质存在明显的电性差异，应用效果直接受介电常数、电导率、发射频率等参数影响。混凝土与钢筋、空气、岩土体、水等的介电常数差异较大，因此，标准第1.0.2条规定：“本标准适用于雷达法检测混凝土结构中的钢筋及其他内部埋设物数量及位置、构件截面尺寸和混凝土内部缺陷。”

目前工程实践、实验室试验和理论分析，认为雷达法检测技术较为成熟的检测项目有：混凝土构件中的钢筋数量及位置，混凝土构件截面尺寸（含变截面、分层厚度）、混凝土内埋设物的检测（如预埋管线）及混凝土构件内部密实性（含缺陷，因雷达天线配置不同，识别缺陷的能力有较大差异）。对其他项目的检测，可按文献[1]—文献[4]等行业标准的规定执行；当多层材料的介电常数差异较大时，如外墙设有保温层，通过比对试验，也可采用雷达法检测各分层材料的厚度。

标准第3章强调了雷达检测设备及参数选择，特别应该注意的是第3.2.1条规定，根据待检测目标体的埋置深度宜按标准第3.2.1条中表3.2.1选择雷达天线中心频率，否则检测数据及数据分析结果真实性和有效性难以保证。

天线中心频率的选择直接影响到工程探测项目的检测效果，常用雷达天线频率范围100～2500MHz，其中低频段可用于较大深度的目标体的探测；混凝土结构构件检测中天线频率主要集中在200MHz以上的高频率段，因此正确、合理地选择天线中心频率至关重要。在本标准第5.3.2条中规定检测报告应给出雷达检测系统所设参数，待检目标体的物理特性、几何参数，根据检测单位所配雷达检测系统参数，可初步判断雷达检测系统是否可以检出待检参数。

雷达天线中心频率选取的经验如下：

式中：x为垂直分辨率(单位：m)；εr为材料相对介电常数；f为雷达天线中心频率（单位：MHz）。据此，可确定天线中心频率与垂直分辨率的定性关系（表1）。

表1 垂直分辨率与中心频率的定性关系（标准中第3.2.3条条文解释）

由此表可知：为获得较高的垂直分辨率，雷达天线宜选择高频天线。若需分辨率为20mm，天线主频宜为2500MHz；探测混凝土钢筋时雷达天线中心频率宜高于1000MHz；检测混凝土保护层厚度时，为达到探测精度0.5mm中心频率宜高于5000MHz。目前，还未生产中心频率高于5000MHz的探地雷达天线，为此，本标准标第4.2.3条第4款规定：雷达检测系统软件识别保护层厚度精度不宜低于1mm。此表说明，雷达探测混凝土保护层厚度的精度存在问题，其精度一般难于满足现有施工质量验收标准要求，如混凝土板保护层厚度一般为15mm，用探地雷达检测混凝土楼板的保护层厚度欠妥。

本标准第3.2.1条中的表3.2.1给出了混凝土结构（构件）中目标探测深度（距离）与部分代表性单天线中心频率范围的关系，为便于实际工程应用，可根据工程中预估的目标探测深度或距离直接查表3.2.1选取雷达天线的中心频率。一般混凝土构件的截面高度或厚度小于5m，因此，本表（表1）仅给出了目标探测深度在5m以内的中心频率选择建议，当目标探测深度大于5m时，应根据实际情况，选择合适的雷达天线中心频率。

关于探测深度（距离）和天线频率之间的关系，介质特性对探测深度有较大影响，高衰减介质中的探测深度比低衰减介质中的探测深度要浅，在同样可以满足分辨率要求的情况下，低频天线可实现更深的探测深度，因而该经验关系在各测试深度（距离）分界点允许一定程度的频率交叉范围。天线阵列式雷达的探测能力由其天线的中心频率、数量和天线布置形式等参数决定。不同雷达产品公司生产的雷达产品采取不同频率的主频的天线组合而成天线阵，通过天线阵检测数据分析软件可获得较好的检测效果，如喜利得PS1000采用3个主频的天线组合成的天线阵，其检测楼板钢筋间距效果较好，也可识别上下层钢筋错位50mm的双层钢筋。

本标准第3.2.6条中的表3.2.6给出了常见材料的介电常数。

根据v=λ×f，天线的中心频率越高，波长越短，因而所能达到垂直分辨率越高，探测深度相同的含义是指能保证同样的目标体识别能力，不同频率的天线其探测深度、分辨率不同。天线频率越高，其探测分辨率越高，探测深度（距离）越小，即天线频率与分辨率成正比，与探测深度（距离）成反比，应根据实际工程中具体的探测深度（距离）选择合适的天线中心频率。公式（1）中的分辨率x指的是雷达的垂直分辨率，其理论值一般取0.5倍波长，公式（1）反映的是它与天线中心频率及材料相对介电常数之间的关系。

根据v=λ×f，将公式（1）及x=λ/2代入v=λ×f得：v=300/（εr）1/2（本公式波速的量纲为mm/ns），当介质单一时，可采用测量电磁波速的方法，估算介质相对介电常数；也可根据常见材料的介电常数，估算电磁波在介质中的传播速度，再根据材料厚度，可以预判雷达电磁波在材料中传播的时程，预判材料内的缺陷情况。

理解了本标准第3.2.1条、第3.2.5条及第3.2.6条，就初步把握了雷达法检测混凝土质量的关键点。例如，若检测400mm厚筏板基础、配筋、混凝土保护层厚度及施工缺陷，如何选择雷达天线？根据本标准表3.2.1，天线主频宜选为1000～2000MHz，实际操作时可选2种主频天线分别获得检测数据，并对相应的检测数据进行比对。测量基础板厚度可选相对较低的频率，如1000MHz天线，若检测上部配筋及保护层厚度宜选2000MHz天线，若探测板底层钢筋可选低频天线。选择其他主频的天线其测量效果可能欠佳，如选200MHz天线。故此，在检测报告中应给出雷达所配的天线主频。若检测基础板中所埋管线，如管线直径为25mm，根据管线埋置深度选择天线，若埋置深度在200mm左右宜选用主频为2000MHz以上的天线，主频天线越低，分辨率相对越差；若选择1000MHz主频天线，检测混凝土内部缺陷大小，当其缺陷大小当量小于50mm，理论上讲雷达所匹配的天线，无法完成检测任务；若选择200MHz天线，考虑其垂直分辨率为0.3～0.5倍波长，则其分辨垂直向缺陷的大小为150～250mm，换言之，小于150mm的缺陷，雷达匹配此天线将无法识别；使用本标准附录A时，也应注意此点。

3 结语

雷达法检测效果的可靠性不仅与雷达检测系统的配置等因素有关，还受检测环境条件及先验知识的制约。雷达法检测前应充分了解被测对象的基本资料，如地质勘察资料、施工图，设计变更、竣工图，检测资料及已往工程变更、修复、处理记录等，需调查待检工程周边环境情况，如已有埋设物位置、方向及电磁特性等，初步判断已有环境条件对检测数据的影响，有助于后期根据剖面图进行数据解释，编制合理的、可操作的现场专项检测方案。

雷达检测技术还在不断发展中，如雷达天线阵布设与搭配，雷达检测数据的分析技术等，在使用《雷达法检测混凝土结构质量技术标准》DBJ50/T-289-2018过程中，若存在意见或建议，请及时向主管部门或主编单位重庆市建筑科学研究院反映，以便编制单位根据雷达检测技术的发展及应用，及时修编相应的技术条款。