路橋檢測中雷達檢測技術的應用研究

黃春暉

摘 要：隨著人們生產方式和生活質量的提升，對道路橋梁的建設質量要求也越來越高，所以在路橋建造完成后，需要采用檢測技術進行質量和結構的監(jiān)測，保證路橋的整體結構穩(wěn)定和優(yōu)質性。該文根據路橋檢測和雷達檢測的要求進行分析，對路橋檢測中雷達檢測技術在實際道路建設的應用進行研究。

關鍵詞：路橋檢測 雷達 檢測技術

中圖分類號：TU997 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）10（a）-0016-02

路橋的檢測工作是道路橋梁在建造完成后重要的養(yǎng)護部分，也是保證路橋長久使用的重要環(huán)節(jié)，同時道路管理人員隨時收集反映路面的數據，從而及時地進行維護修復工作，保證路橋的正常使用。在所有的路橋檢技術當中，雷達檢測技術因其檢測精度高、非常快速、費用相對較低等原因被廣泛運用。

1 路橋雷達檢測技術簡介

路橋檢測是為了保證道路橋梁在建造完成后能夠正常運行，而在所有的路橋檢測中，雷達檢測技術是應用最廣泛的技術。雷達檢測是采用一種穿透力很強的寬帶高頻電磁波對路橋的鋼筋混凝土結構進行掃描勘探。高頻電磁波的波幅范圍為100～1 000 MHz。在監(jiān)測當中，當電磁波振源通過自我激蕩產生一定的脈沖電磁波幅，再由天線固定成一個發(fā)射需要的角度將電磁波向檢測路基發(fā)射，電磁波分為兩部分工作，一部分在路面和空氣的界面上形成反射狀態(tài)，而另外一部分則是向路基下穿透?？諝獾慕殡姵禐?，道路橋梁路基采用的材料介質介電常數一般都比空氣大，所以發(fā)射電磁波后，路面上的材料會吸收穿透波的大部分能量，并產生折射現象。此折射角會地域電磁波入射角，由此和面層和基層截面相碰，電磁波又回到空氣中，形成一種循環(huán)的發(fā)射—反射—發(fā)射—反射。在發(fā)射折射的過程中，電磁波的損耗會因為路基和路面的質量、結構的不同和混凝土是否產生裂縫等現象呈現不同的折射角度，電磁波的折射力度也會有所不同。

當路面的介電常數小于基層的介電常數時，那么折射角就會比面層到基層的入射角小，如果面層的介電常數高，基層節(jié)點常數小時，那么折射角就會比面層的入射角度高，由此會引發(fā)再次折射，電磁波會深入到基層與路基的界面。相同的，電磁波其中一部分會向上反射，闖過面層進入空氣中，電磁波的一次循環(huán)就完成了。同理可知，當電磁波的另外一部分繼續(xù)向下深入時，那么能夠產生的折射角度與向上相同。當然這些是建立在路基均質無限并且沒有異物的情況下，這表示路橋的質量較好，入射和反射的電磁波損耗不大，電磁波通過不斷循環(huán)才能將路面和路基部分的各類參數探測出。電磁波傳播的速度、形成以及時間與路橋的物理參數有著密切聯系，在了解電磁波傳播速度、行程及時間的情況下，就可以判斷出路橋異常物的位置以及路基的密實或松軟狀況、含水量、彈性模量以及材料的厚度等問題。

2 雷達監(jiān)測需求

2.1 檢測技術注意事項

在利用雷達監(jiān)測技術實施路橋檢測時，首先要將裝有雷達設備的車輛或者器皿（一般為雷達保護箱）在已經建設完成的路橋上來回的行駛，行駛速度均勻以保證雷達電磁波發(fā)送到路基和路面，能夠深入路橋結構層中。所發(fā)射的探地雷達對電磁脈沖進行發(fā)射時，可以在很短的時間內透過路面，然后由無線接機將脈沖反射波接收，數據采集系統記錄返回時間和路面結構層中的不連續(xù)電解質常數的突變情況，一旦電介質常數發(fā)生變化，那么說明該處就是兩種結構層的截面。技術人員可以通過電磁波反射回來的速度和路橋建造材料的電介質常數，將路面的損壞位置、程度及含水量和路橋各結構的厚度計算出來。運用雷達監(jiān)測技術對路橋進行檢測時，一般是針對裂縫、局部陷落、空洞、脫空等問題，且檢測的速度可以超過80 km/h的速度，探測的深度可以深達60 cm以下（一般路橋結構的厚度）。

2.2 檢測技術要求

目前在國內使用最為廣泛的雷達檢測設備包括1～4套雷達，這幾套雷達裝備主要包含數據采集和處理、后臺操作、電源、雷達檢測車4個方面，其中數據的采集與處理主要包括計算機、顯示屏、打印機（以上3種屬于遠程控制設備）、數據采集系統和距離測量儀器等部分，這些是通過嵌入式的單片機進行系統控制，計算機能夠在操作界面上和外部的雷達監(jiān)測部分直接聯系，及時呈現監(jiān)測的結果，并尋求解決方案。后臺操作除了可以進行數據的采集和處理外，還能進行歷史數據的查詢和新數據的錄入備份。在進行路橋檢測的實際操作時，需要注意電磁波的檢測速度不可低于80 km/h，且是來回檢測，速度不超過320 km，檢測時間在2.5～4 h左右。為更好地檢測出路基路面的各種質量問題，所以探測的深度不小于60 cm，數據采集和處理系統則通過遠程控制，可以隨時將探測到的數據進行采集分析和存儲等。將數據分析后，系統可以將路基路面的剖面圖和三維圖等在顯示器上顯現并打印出來，針對出現問題的部分協商方案，進行修復。

3 路橋檢測中雷達監(jiān)測技術的應用

為更好地闡述路橋檢測中雷達監(jiān)測技術的應用，以實際的路橋檢測過程進行分析研究，該文以短脈沖雷達測定法監(jiān)測，短脈沖雷達測定法適用于新建或者改建過的路橋質量和舊路加鋪路面設計的厚度調查。其優(yōu)勢在于檢測的精度很高、工作性質亦比較穩(wěn)定，其要求如表1。

在使用此法進行路橋雷達檢測時，需要注意以下幾個方面，檢測介質常數對檢測的結果精確度影響較大，如果在檢測的介質中所含水量不同會導致介電常數不同，晴天和雨天檢測同一路橋，檢測的數據存在差異，誤差最高可達到21%。所以檢測時，必須選擇溫度不高也無雨水的環(huán)境下，保證路基路面的含水率。因為檢測是通過雷達電磁波的反饋進行的，所以雷達發(fā)射天線要根據路面厚度選定，比如厚度<10 cm時，宜選用頻率>2.5 GHz的天線，當厚度是大于10 cm，小于25 cm時，則可以選用1.5 GHz的天線。當然，檢測數據不能過多，每一標段都應進行一次芯樣標定或者取樣間距不宜超過5 km。

4 結語

由此可知，采用雷達監(jiān)測技術對路橋進行檢測時，需要根據路橋不同的結構和作用及質量參數，選用適合的方式進行檢測。

參考文獻

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