基于雷達—鉆芯擬合法的橋面鋪裝層厚度檢測

蔣玉松 陳科文

(廣西建宏建筑工程質量檢測有限公司，廣西 桂林 541004)

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基于雷達—鉆芯擬合法的橋面鋪裝層厚度檢測

蔣玉松 陳科文

(廣西建宏建筑工程質量檢測有限公司，廣西 桂林 541004)

利用14個橋面鋪裝層厚度鉆芯實測值，對雷達法厚度檢測值進行擬合驗證，分析得到了雷達—鉆芯二者之間基于數學模型的函數關系式，且利用關系式，得出各測點的厚度推算值，對今后鋪裝層厚度的檢測具有一定的參考意義。

雷達法，鉆芯法，介電常數，擬合函數，厚度推算值

0 引言

伴隨道路橋梁等基建設施的發展，工程檢測任務日趨繁重。在橋梁或道路面厚度檢測中，雷達法因其檢測技術的日趨成熟及檢測設備的不斷改進，使其逐漸成為取代傳統鉆芯法的常規檢測法[1]。

雷達法在工程建設領域中的應用可追溯至20世紀70年代中期，經過幾十年的發展積累了不少的研究成果和實踐經驗[2-5]。但雷達檢測法的影響因素眾多，如噪信比、信號穩定性、時間標定偏差及雷達穿透能力等[1]，其中影響最為顯著的當屬被檢物體的介電特性。應用于道路工程建設探測時，即使是同一種介質其介電特性也常受其組成成分及孔隙率、含水量、溫度、電磁性介質等多種因素影響[6,7]。

本文通過橋面鋪裝層厚度的現場取芯實測值，結合雷達法和鉆芯法之間存在的數學關系，在忽略各影響因素的情況下，對二者進行標定擬合，分析得出二者之間基于數理模型的函數關系式，通過關系式將雷達法檢測結果實測值轉換為相應于鉆芯法檢測結果的鋪裝層厚度值，以達到精確測量鋪裝層厚度的目的。

1 檢測原理

雷達法在路面厚度測試中的應用，主要是通過利用雷達儀精確測量電磁脈沖在介質中傳播的雙程時間t及求得電磁脈沖在介質中的傳播速度v，利用這兩個參數和介質厚度之間存在的數學物理關系來求得路面層厚度，而上述參數中傳播速度主要受被檢介質的介電特性控制。

介質的介電特性通常受多因素控制，確定其數值往往是非常復雜的。表1為常見物質的介電常數εr和電磁波傳播速度v[8]。表1中數據表明，大部分屬于同一種介質的εr和v并非為定值，而是處于一定波動范圍內，如混凝土。因此，若要準確測定混凝土的介電常數εr值和電磁波傳播速度v值較為困難，那么通過利用現場取芯實測值來擬合修正雷達檢測法測試值以達到準確檢測路面層厚度的目的是行之有效的方法。

表1 常見材料電磁屬性表

當發射天線向介質發射一系列脈沖電磁波并經交界面反射，由接收天線接收形成時間序列后，便可得到電磁脈沖在介質中傳播的雙程時間t。此時可利用時間t及傳播速度v，并通過式(1)來求得路面層厚度h。

(1)

其中，l為接收天線和發射天線之間的距離，m；h為路面層厚度，m；t為電磁脈沖的雙程時間，ns；v為電磁波在介質中的傳播速度，m/ns，可按式(2)計算。

(2)

其中，c為電磁波在真空中的傳播速度,0.3 m/ns；εr為介質的相對介電常數。

2 工程應用

2.1 工程概況

位于福建省廈門市某三跨連續全漂浮結構鋼箱梁懸索橋，橋面全長1 108 m，寬31 m，主跨648 m。行車道寬2×14.75 m，中央分隔帶寬1.5 m，各車道示意圖見圖1。該橋已投入使用多年，現需對其路面層進行維修保養而將整個橋面重新鋪裝瀝青面層。為了解橋面鋪裝層厚度狀況，采用本文所述方法進行檢測。

2.2 雷達—鉆芯擬合試驗

為減少鉆芯對橋面鋪裝層的破壞與損傷，本試驗僅選取14個均勻分布的且具有代表性的檢測點進行雷達檢測和鉆芯取樣的對比分析，現場實測結果見表2。通過對雷達法厚度檢測值及鉆芯法厚度實測值進行數據處理，計算得出二者之間基于數理模型的函數關系表達式，如式(3)所示。利用此函數式對雷達法厚度檢測值進行轉換，得到各測點擬合法厚度推算值，結果見表2。此外，利用各測點實測數據及函數表達式繪出如圖2所示的雷達—鉆芯關系曲線圖。

y=0.705 3x1.110 6

(3)

其中，x為雷達法厚度檢測值；y為擬合法厚度推算值。

表2 各測點路面層厚度實測結果表

檢測點號路面樁號雷達法厚度檢測值mm鉆芯法厚度實測值mm擬合法厚度推算值mm鉆芯—擬合厚度偏差值/mm厚度偏差率%鉆孔所在車道1K6+1006872.576.5+4.0+5.5出島主車道①2K5+0506368.970.3+1.4+2.0出島主車道①3K6+1005764.462.9-1.5-2.3出島主車道②4K5+8006875.376.5+1.2+1.6出島主車道②5K5+0007075.279.0+3.8+5.1出島主車道②6K6+1006066.466.6+0.2+0.3出島超車道7K5+2005768.062.9-5.1-7.5出島超車道8K5+3006067.766.6-1.1-1.6進島主車道①9K5+3206371.370.3-1.0-1.4進島主車道②10K6+1006881.476.5-4.9-6.0進島主車道②11K5+0006070.566.6-3.9-5.5進島超車道12K5+6004949.053.2+4.2+8.6進島超車道13K6+0004143.543.6+0.1+0.2進島超車道14K6+1006874.476.5+2.1+2.8進島超車道

通過對表2擬合法厚度推算值和鉆芯法厚度實測值的比較可以發現，擬合法厚度推算值相較于鉆芯法厚度實測值的厚度偏差值介于-5.1 mm～+4.2 mm之間，厚度偏差率為-7.5%～+8.6%之間，絕對平均偏差率為3.6%。上述數據表明，本文所采用的雷達—鉆芯擬合法能較好的應用于雷達法檢測道路鋪裝層厚度的檢測當中，檢測結果具有代表性，能較好的反映鋪裝層的實際厚度。

3 應用實例

基于本文所述雷達—鉆芯擬合法，對該橋橋面鋪裝層厚度采用雷達法進行厚度探測，共計60個探測點。通過利用擬合函數關系式(3)對雷達法實測結果進行擬合轉換后，得到鋪裝層各測點的厚度推算值，如表3所示。

表3 雷達法各測點厚度推算值

利用表3中各檢測點的厚度推算值，再根據式(4)[9]計算能表征整個橋面鋪裝層的厚度代表值XL，得到XL=62.8 mm。

(4)

通過上述工程實例可以看出，雷達法檢測路面層厚度具有以下幾個優點：1)該法屬于無損檢測法，對路面不造成損傷；2)檢測速度快，工作效率高，適用于大范圍路面層厚度的檢測；3)可進行連續采樣，采樣點數多，掃測范圍大，檢測結果具有更為廣泛的代表性。

此外，通過表3中各檢測點的厚度推算值及整個橋面鋪裝層的厚度代表值可以看出，本文所述雷達—鉆芯擬合法用于橋面鋪裝層厚度的檢測，具有較強的針對性，最大限度的消除雷達探測過程中受環境及物理因素的影響，通過擬合函數關系式能較為準確的對雷達法厚度檢測值進行轉換和解釋，能達到比較理想的檢測效果。

4 結論

1)本文得出雷達—鉆芯二者之間基于數學模型的函數關系式，繪出雷達—鉆芯相關曲線圖。利用函數關系式對雷達法的厚度檢測值進行計算推定，可方便直接的得出各測點的厚度推算值。2)應用本文所述方法可避免受介質的環境及物理因素的影響，通過少量的鉆芯并經一定的數據處理與分析便可對雷達檢測數值進行解釋與推算。3)雷達—鉆芯擬合法不僅對結構損傷小，且可實現大范圍檢測，并具有檢測速度快，效率高，數據處理簡單，測試精度高的優點，對今后路面厚度的檢測工作具有一定的理論參考價值和工程實際指導意義。

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[9]JTGF80/1—2004，公路工程質量檢驗評定標準[S].

Bridge deck paving thickness detection on the basis of radar-drilling simulation method

Jiang Yusong Chen Kewen

(GuangxiJianhongBuildingEngineeringQualityDetectionCo.,Ltd,Guilin541004,China)

The paper applies 14 bridge deck paving thickness drilling detection value, carries out simulation examination for the thickness detection value with radar method, analyzes and obtains function relationship between radar and drilling on the basis of mathematical model, and finds out measuring point thickness calculation value, which has certain guiding meaning for paving layer thickness detection in future.

radar method, drilling method, dielectric constant, fitting function, thickness calculating value

1009-6825(2017)10-0181-02

2017-01-24

蔣玉松(1975- )，男，工程師； 陳科文(1973- )，男，工程師

U443.33

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