淺談地質(zhì)雷達(dá)在道路橋梁病害處理過程中的應(yīng)用

■許旻寧 ■廈門百城建設(shè)投資有限公司，福建 廈門 361000

1 工程概況

沈海高速田集連接線位于廈門市集美區(qū)，全長5.5km，是連接沈海高速廈門出口和廈門市區(qū)的重要道路。該道路于20 世紀(jì)90 年代中期通車。由于該道路(廈門大橋—集美大道段)位于杏林灣軟基地段，軟基深度可達(dá)15m 以上，路基沉降嚴(yán)重，特別是路橋連接段大都出現(xiàn)跳車情況。自道路建成以來，雖經(jīng)道路養(yǎng)護(hù)部門屢次重鋪路面，但效果不明顯。2011 年，廈門市政府組織對田集連接線路面進(jìn)行路面拓寬改造，并對全線病害進(jìn)行較為徹底的處置。以下僅用該項(xiàng)目K5 +244 小橋涵處置作為工程實(shí)例。

2 探測儀器及原理

2.1 儀器設(shè)備

地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)簡介:

探地雷達(dá)是一種寬帶高頻電磁波信號探測方法，它是利用電磁波信號在物體內(nèi)部傳播時(shí)電磁波的運(yùn)動特點(diǎn)進(jìn)行探測的。雷達(dá)組成和工作原理及其探測方法如下:

地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成(圖1):

圖1 雷達(dá)系統(tǒng)組成示意圖

(1)控制單元:控制單元是整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的管理器，計(jì)算機(jī)(32 位處理器)對如何測量給出詳細(xì)的指令。系統(tǒng)由控制單元控制著發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，同時(shí)跟蹤當(dāng)前的位置和時(shí)間。

(2)發(fā)射機(jī):發(fā)射機(jī)根據(jù)控制單元的指令，產(chǎn)生相應(yīng)頻率的電信號并由發(fā)射天線將一定頻率的電信號轉(zhuǎn)換為電磁波信號向地下發(fā)射，其中電磁信號主要能量集中于被研究的介質(zhì)方向傳播。

(3)接收機(jī):接收機(jī)把接收天線接收到的電磁波信號轉(zhuǎn)換成電信號并以數(shù)字信息方式進(jìn)行存貯。

(4)電源、光纜、通訊電纜、觸發(fā)盒、測量輪等輔助元件。

本次工作使用意大利產(chǎn)IDS 地質(zhì)雷達(dá)，選用600MHz 屏蔽天線。測試參數(shù)如下:

疊加次數(shù):8

窗口時(shí)間:50(ns)

觸發(fā)方式:滾輪觸發(fā)

2.2 基本原理

探地雷達(dá)(Ground Penetrating Radar，簡稱GPR)依據(jù)電磁波脈沖在地下傳播的原理進(jìn)行工作。發(fā)射天線將高頻(106～109Hz 或更高)的電磁波以寬帶短脈沖形式送入地下，被地下介質(zhì)(或埋藏物)反射，然后由接收天線接收，示意圖見圖2。

圖2 雷達(dá)探測原理示意圖

根據(jù)電磁波理論，當(dāng)雷達(dá)脈沖在地下傳播過程中，遇到不同電性介質(zhì)交界面時(shí)，由于上下介質(zhì)的電磁特性不同而產(chǎn)生折射和反射。

使用相應(yīng)雷達(dá)資料處理軟件，進(jìn)行資料處理，對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行了預(yù)處理、增益調(diào)整、濾波和成圖等方法的處理。最終得到測線的成果圖，以此對地下地質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)報(bào)。

本次探測采用探地雷達(dá)法。

探地雷達(dá)發(fā)射天線以寬帶短脈沖電磁波信號定向送入地下，當(dāng)遇到物體存在電性差異的界面時(shí)，電磁波便發(fā)生反射，返回地面的電磁波反射信號由接收天線接收，并由采集系統(tǒng)以記錄形式記錄下來。

3 成果分析

由于探測環(huán)境比較復(fù)雜，高速公路車輛來回穿梭，采集數(shù)據(jù)是比較麻煩，可能會對數(shù)據(jù)產(chǎn)生微量的偏差。本報(bào)告主要多K5 +244 右幅涵洞進(jìn)行分析。

4 探測結(jié)論(見表1)

表1 探測結(jié)論表

5 病害處置

注漿是治理板底脫空的有效手段，它通過向脫空區(qū)域壓入水泥漿填充板下空隙，水泥漿凝固后在基層和舊板之間形成緊密粘結(jié)，從而恢復(fù)面板與基層的整體性，改善面板的受力特性。根據(jù)田集連接線的實(shí)際現(xiàn)場情況，本項(xiàng)目采用注漿法處理板底脫空。

5.1 布孔

混凝土灌注孔采用130mm 孔徑，采用巖芯鉆機(jī)成孔，深度2 米(以鉆穿空洞頂板為原則)，以原田集線右幅老路基中心向路基兩側(cè)間距3m;沿臺被外側(cè)1m 設(shè)置注漿孔位，布孔時(shí)應(yīng)盡量避開輪跡帶和裂縫?？孜患熬幪柸鐖D3 所示:

5.2 鉆孔取芯

按設(shè)計(jì)要求鉆孔深度基本為2m 左右。依鉆孔揭示的地下情況來看:0～0.2m 為瀝青砼路面;其下為0.4～0.6m 的鋼筋砼搭板較破碎;搭板下廣泛分布0.4～0.7m 深的空穴(腔);底部為較松散中粗砂層。與雷達(dá)檢測資料基本吻合。

5.3 注漿管設(shè)置

圖3 孔位及編號示意圖

在注漿孔中設(shè)置導(dǎo)漿花管。導(dǎo)漿花管采用PVC 管制作，管長大于孔深15～20cm，管口經(jīng)加工與輸漿管聯(lián)接，在套管壁呈梅花狀間距20cm 左右;孔徑≯8mm 設(shè)置側(cè)孔。注漿管下入后隨即用速凝劑拌合的水泥砂漿與孔壁密封。

5.4 制漿

水泥按設(shè)計(jì)要求選用優(yōu)質(zhì)42.5 級紅獅水泥，粉煤灰、水和外摻劑按比例(42.5 水泥:二級粉煤灰:水:早強(qiáng)劑:膨脹劑:減水劑=1:2:1.5:0.03:0.01:0.001)混拌而成，注漿材料的投放順序?yàn)?水—外加劑—水泥—粉煤灰。按配合比將材料在灰漿拌和機(jī)中拌和，至均勻無灰團(tuán)方可使用，使用中持續(xù)拌和，防止沉淀。漿液配制時(shí)特別注意控制好用水量，遵循水灰比過小不易滲入板底空隙，水灰比過大漿液強(qiáng)度難以達(dá)到同時(shí)會加大水泥漿的硬化收縮的規(guī)律，經(jīng)調(diào)整試驗(yàn)采用:水灰比0.6:密度1.71。

5.5 注漿

注漿過程嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，將注漿管與套管連接，注漿完畢需拆除時(shí)，需等壓力表顯示為零時(shí)方可拆卸，注漿順序應(yīng)先從臺被兩側(cè)開始，先灌注兩側(cè)，最后灌注中央，注漿基本采用緩慢、均勻、分序、間歇地進(jìn)行。注漿的全過程隨時(shí)注意觀察巡視橋(涵)內(nèi)、臺帽或兩側(cè)漿液溢出，及時(shí)采取封堵或間歇措施。注漿過程中有個(gè)別孔發(fā)現(xiàn)漿液灌滿后沿臺帽頂外溢無法封堵經(jīng)間歇灌注處理后結(jié)束單孔注漿。灌漿施工對于達(dá)到設(shè)計(jì)要求結(jié)束灌注的孔均采用木塞對該孔封堵保壓，防止?jié){液反溢，造成填充不飽和。注漿施工過程中，準(zhǔn)備了專用的清洗水源，及時(shí)將路面上的漿體沖冼干凈，盡力保持路面整潔。注漿結(jié)束后，及時(shí)對注漿孔實(shí)施封堵抹平。

5.6 結(jié)果

注漿結(jié)束7d 于2012 年8 月21 日由總監(jiān)辦主持、業(yè)主代表、設(shè)計(jì)代表、我項(xiàng)目部生產(chǎn)技術(shù)負(fù)責(zé)人聯(lián)合參加對注漿加固區(qū)域采用鉆芯取樣的辦法，檢驗(yàn)注漿后臺被加固效果。依據(jù)鉆芯過程及芯樣鑒別，本臺背灌漿充填密實(shí)，未鉆穿砂層部位無漏水現(xiàn)象，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求指標(biāo)。

6 結(jié)語

通過注漿前后的兩次檢測結(jié)果對比，可以確認(rèn)注漿充填了原來脫空體中的大量孔隙，橋臺臺背基礎(chǔ)介質(zhì)的密實(shí)度得到了提高，進(jìn)而提高了地基基礎(chǔ)的承載力，進(jìn)一步保證了橋臺搭板的結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)也驗(yàn)證了地質(zhì)雷達(dá)在路橋連接段脫空體檢測上的有效性。

可以看出，地質(zhì)雷達(dá)作為一種先進(jìn)的無損檢測設(shè)備，其優(yōu)勢明顯，具有快速、高效、無損、特征明顯的特點(diǎn)，廣泛、全面地應(yīng)用于工程質(zhì)量檢測和生產(chǎn)活動中，解決眾多工程問題。但由于物探技術(shù)的局限性，地質(zhì)雷達(dá)對注漿檢測效果的定量分析，還有待于在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善。

［1］岳雪波，吳建中，夏峻峰.地質(zhì)雷達(dá)在橋臺臺背注漿效果檢測中的應(yīng)用.人民長江，2013.

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