連續(xù)箱梁橋的無損檢測評(píng)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(dá)檢測的技術(shù)原理

1.1 地質(zhì)雷達(dá)的基本原理

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

1.2 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)參數(shù)

(1)地質(zhì)雷達(dá)的探測分辨率

地質(zhì)雷達(dá)所能夠準(zhǔn)確區(qū)分兩個(gè)或者多個(gè)目標(biāo)體之間的最小距離就稱為地質(zhì)雷達(dá)探測的分辨率。在實(shí)際檢測過程中影響地質(zhì)雷達(dá)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(duì)電磁波反映不敏感，天線所選頻率和 介質(zhì)目標(biāo)不匹配等等。

(2)地質(zhì)雷達(dá)的探測范圍和探測深度

地質(zhì)雷達(dá)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(dá)的檢測存在一個(gè)范圍，在實(shí)際檢測過程中要把控好有效范圍的大小，以便及時(shí)調(diào)整檢測的位置。

2 地質(zhì)雷達(dá)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(huì)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(huì)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(duì)性的措施。對(duì)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(jìn)一步發(fā) 展會(huì)造成橋梁底板的崩裂。另外由于設(shè)計(jì)不合理加之行車荷載等外力的作用可能會(huì)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(huì)影響到箱梁的界面剛度。相鄰箱梁之間發(fā)生錯(cuò)臺(tái)會(huì)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(huì)造成崩裂的危險(xiǎn)。所以針對(duì)箱梁的檢測一定要詳盡。

2.1 地質(zhì)雷達(dá)檢測混凝土密實(shí)度的檢測

地質(zhì)雷達(dá)通過發(fā)射雷達(dá)波在經(jīng)過鋼筋混凝土之后其電磁特性會(huì)發(fā)生一系列的折射和反射作用，造成接受到的雷達(dá)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(dá)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(dá)波在混凝土內(nèi)部傳播會(huì)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(dá)波散射，如果將混凝土中的骨料作為影響雷達(dá)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?yàn)椴捎玫皖l率聲波的波長較長，使得擴(kuò)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(duì)混凝土內(nèi)部密實(shí)度檢測的過程中，如果該區(qū)域的雷達(dá)波形產(chǎn)生較大的差異性就表明該位置處的混凝土密實(shí)性較差，接受到的雷達(dá)波在不同時(shí)間段內(nèi)會(huì)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(shí)度較好的區(qū)域，雷達(dá)波的波幅呈現(xiàn)較為穩(wěn)定的狀態(tài)，同一道波在不同時(shí)段內(nèi)的波幅處于一個(gè)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(shí)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(huì)造成雷達(dá)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(dá)能量反射較大。

2.2 地質(zhì)雷達(dá)檢測混凝土鋼筋

在進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測的過程中如果不容易獲取雷達(dá)波的波速值，通過所檢測目標(biāo)的幾何結(jié)構(gòu)尺寸就能夠計(jì)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(diǎn)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(shí)會(huì)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(duì)連續(xù)箱梁進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測時(shí)，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(huì)呈現(xiàn)點(diǎn)狀反射體的特性。

2.3 地質(zhì)雷達(dá)檢測鋼筋混凝土層保護(hù)厚度

地質(zhì)雷達(dá)對(duì)鋼筋混凝土層保護(hù)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(shí)間不相同。通過計(jì)算確定反射時(shí)間和傳遞速度就可以獲取混凝土層的保護(hù)厚度。隨意在檢測鋼筋混凝土層保護(hù)厚度的過程中首先要確定電磁波在鋼筋表面的回波時(shí)間，獲得波在混凝土各結(jié)構(gòu)層中的傳播時(shí)間和在混凝土中的傳遞速度。通過相關(guān)的計(jì)算分析可以發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)雷達(dá)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(dá)波在混凝土內(nèi)部的傳遞速度為0.12 m/ns，就可以計(jì)算出雷達(dá)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(hù)層厚度檢測。

3 結(jié) 語

隨著我國公路橋梁的規(guī)模不斷擴(kuò)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(yán)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(dá)這一先進(jìn)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(xiàn)。

［1］李穎，劉小明，潘冬子.混凝土梁無損檢測新技術(shù)及其進(jìn)展［J］.公路交通科技，2004，7(7).

［2］湯鋒.超聲波近程探測理論及技術(shù)研究［D］.南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004.

［3］周翔.山嶺隧道質(zhì)量無損檢測及缺陷力學(xué)特性研究［D］.成都:西南交通大學(xué)，2005.