連續(xù)箱梁橋的無損檢測評估

陳顯云

(貴州省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司)

1 地質(zhì)雷達檢測的技術(shù)原理

1.1 地質(zhì)雷達的基本原理

地質(zhì)雷達檢測利用寬帶高頻電磁波，利用了電磁波信號在介質(zhì)傳播時電磁波的相關(guān)參數(shù)變化進行探測的。在發(fā)射雷達機作用下，發(fā)射器會向外發(fā)射具有固定周期的毫微秒信號，通過發(fā)射天線耦合作用傳遞到混凝土介質(zhì)之中時，產(chǎn)生反射信號。設(shè)置于地面上的接收天線能夠及時獲得地下回波，通過接收機將回波進行整形、放大處理，進一步處理后，就可以到達電腦操作端。通過設(shè)計好的數(shù)據(jù)處理程序?qū)π盘栠M行編碼，經(jīng)過這些處理過程就能可用來判斷地下目標的深度、大小和方位相關(guān)參數(shù)。

1.2 地質(zhì)雷達技術(shù)參數(shù)

(1)地質(zhì)雷達的探測分辨率

地質(zhì)雷達所能夠準確區(qū)分兩個或者多個目標體之間的最小距離就稱為地質(zhì)雷達探測的分辨率。在實際檢測過程中影響地質(zhì)雷達分辨率主要是外部因素的影響，例如探測深度過深，測量介質(zhì)對電磁波反映不敏感，天線所選頻率和 介質(zhì)目標不匹配等等。

(2)地質(zhì)雷達的探測范圍和探測深度

地質(zhì)雷達所接受到的反射波，在一定程度上并不是全部處在發(fā)射天線和介質(zhì)之間的直線范圍。所以地質(zhì)雷達的檢測存在一個范圍，在實際檢測過程中要把控好有效范圍的大小，以便及時調(diào)整檢測的位置。

2 地質(zhì)雷達在連續(xù)箱梁無損檢測中的應(yīng)用

在橋梁結(jié)構(gòu)施工的過程中，由于施工措施不到位等情況可能會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫、空洞、麻面等質(zhì)量缺陷。這些質(zhì)量問題的存在會影響到橋梁結(jié)構(gòu)的整體安全性和穩(wěn)定性。所以在橋梁的使用過程中必須明確病害發(fā)生部位的大小和具體特征，以便采取有針對性的措施。對于連續(xù)箱梁橋在使用過程中在底板位置處容易產(chǎn)生裂縫，裂縫分布不均勻，如果進一步發(fā) 展會造成橋梁底板的崩裂。另外由于設(shè)計不合理加之行車荷載等外力的作用可能會導(dǎo)致橋梁的整體線形不夠平順，導(dǎo)致箱梁的界面面積出現(xiàn)幾何偏差，這會影響到箱梁的界面剛度。相鄰箱梁之間發(fā)生錯臺會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力鋼筋發(fā)生彎折，也會造成崩裂的危險。所以針對箱梁的檢測一定要詳盡。

2.1 地質(zhì)雷達檢測混凝土密實度的檢測

地質(zhì)雷達通過發(fā)射雷達波在經(jīng)過鋼筋混凝土之后其電磁特性會發(fā)生一系列的折射和反射作用，造成接受到的雷達反射波在波幅、波長等參數(shù)上出現(xiàn)一定程度的差異性。地質(zhì)雷達檢測技術(shù)是被探測介質(zhì)的內(nèi)部發(fā)射高頻電磁波，雷達波在混凝土內(nèi)部傳播會造成聲波較大的能量衰減，這主要是由于混凝土內(nèi)部的復(fù)雜界面導(dǎo)致的雷達波散射，如果將混凝土中的骨料作為影響雷達波傳遞的障礙物，那么散射功率的大小就與聲波頻率的平方成正比。另外聲波在混凝土內(nèi)部傳播的指向性差，這主要是因為采用低頻率聲波的波長較長，使得擴散角變大，混凝土內(nèi)部集料的多界面特性使得聲波要經(jīng)過過多的折射和反射作用，大量的聲波折射和反射使得相互之間產(chǎn)生干涉和疊加。

在對混凝土內(nèi)部密實度檢測的過程中，如果該區(qū)域的雷達波形產(chǎn)生較大的差異性就表明該位置處的混凝土密實性較差，接受到的雷達波在不同時間段內(nèi)會呈現(xiàn)出不同的波幅變化值，造成較為明顯的能量衰減。在混凝土內(nèi)部密實度較好的區(qū)域，雷達波的波幅呈現(xiàn)較為穩(wěn)定的狀態(tài)，同一道波在不同時段內(nèi)的波幅處于一個較為穩(wěn)定的狀態(tài)。這表明混凝土結(jié)構(gòu)在縱向和橫向范圍內(nèi)的混凝土質(zhì)量密實度都較為理想。波形一致、穩(wěn)定，而且反射所散失的能量主要集中在混凝土層之后，穿過混凝土層之后會造成雷達波能量衰減，幅值很小。這說明鋼筋的分界面很明顯，造成雷達能量反射較大。

2.2 地質(zhì)雷達檢測混凝土鋼筋

在進行地質(zhì)雷達檢測的過程中如果不容易獲取雷達波的波速值，通過所檢測目標的幾何結(jié)構(gòu)尺寸就能夠計算出電磁波的傳播速度，介質(zhì)的反射類型主要分為三種不同的形態(tài):二次拋物線形，產(chǎn)生點狀反射體空洞;當(dāng)面狀反射體，出現(xiàn)裂縫、斷層、分界面不清晰等情況時會出現(xiàn)面妝反射體;不規(guī)則反射體，主要發(fā)生在混凝土內(nèi)部的不規(guī)則變形。在對連續(xù)箱梁進行地質(zhì)雷達檢測時，測線方向要垂直于混凝土內(nèi)部的鋼筋，所獲得的反射面會呈現(xiàn)點狀反射體的特性。

2.3 地質(zhì)雷達檢測鋼筋混凝土層保護厚度

地質(zhì)雷達對鋼筋混凝土層保護厚度的檢測主要是根據(jù)電磁波在混凝土和鋼筋表面發(fā)生反射的程度不一樣，傳遞時間不相同。通過計算確定反射時間和傳遞速度就可以獲取混凝土層的保護厚度。隨意在檢測鋼筋混凝土層保護厚度的過程中首先要確定電磁波在鋼筋表面的回波時間，獲得波在混凝土各結(jié)構(gòu)層中的傳播時間和在混凝土中的傳遞速度。通過相關(guān)的計算分析可以發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)雷達可以分辨出的波長為介質(zhì)的厚度要滿足大于電磁波波長0.25 倍的限制。一般在檢測過程中所采用的天線發(fā)射頻率為800 MHz 的天線，去雷達波在混凝土內(nèi)部的傳遞速度為0.12 m/ns，就可以計算出雷達波的波長為0.013 m，那么能夠檢測的介質(zhì)縱向厚度為3.33 cm，這能夠近乎所有箱梁結(jié)構(gòu)的混凝土保護層厚度檢測。

3 結(jié) 語

隨著我國公路橋梁的規(guī)模不斷擴大，在行車荷載和不斷作用下橋梁開始出現(xiàn)多種不同程度的病害，橋梁病害的發(fā)展嚴重影響到了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，所以做好橋梁病害的維修改造就顯得尤為關(guān)鍵。本文采用地質(zhì)雷達這一先進的無損檢測技術(shù)分析了在連續(xù)箱梁病害中的應(yīng)用，以期為公路橋梁無損檢測技術(shù)的發(fā)展做出積極貢獻。

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