地質(zhì)雷達(dá)在廣東某高速公路橋頭脫空檢測中的應(yīng)用

雷迎松，李銘杰

(1.廣東華路交通科技有限公司;2.廣東龍浩公路橋梁工程有限公司)

0 引言

由于橋梁與路基、路面的組成材料、剛度、強(qiáng)度、脹縮性等存在差異且橋頭連接處受力時易形成集中應(yīng)力，因此在車輛荷載、結(jié)構(gòu)自重、自然因素作用下，橋梁與道路同時發(fā)生沉降，但兩者的沉降量有很大差異，道路的沉降量大于橋梁的沉降量，從而形成脫空錯臺，導(dǎo)致行車時發(fā)生橋頭跳車。橋頭跳車影響了行車安全、降低了行車速度、增加了車輛運營費用，加速了橋梁及路面的破壞，其對道路橋梁的安全使用的負(fù)面影響極大。

對于橋頭跳車傳統(tǒng)的脫空評定方法主要為鉆芯法。但鉆芯法存在以下不足:(1)路面受到破壞性沖擊;(2)不能形成緊密的連續(xù)檢測;(3)測試速度慢且很難快速確定板下各處脫空的位置。

鑒于傳統(tǒng)鉆芯法存在的不足，當(dāng)前橋頭跳車脫空評定方法采用路用探地雷達(dá)(GPR)無損檢測法，該方法具有簡便實用、快速、無破損等特點。根據(jù)路用探地雷達(dá)的特性及工程實際應(yīng)用，其應(yīng)用于檢測混凝土板下脫空有以下幾個方面的優(yōu)點:(1)檢測效率高:車載天線一個工作日可檢測單幅300 km的路面;(2)檢測判斷的準(zhǔn)確度高:探地雷達(dá)可以比較容易地判斷出脫空位置，并可以避免人為誤差，用于判斷混凝土板下的脫空具有較高的準(zhǔn)確度;(3)可以實現(xiàn)連續(xù)檢測。

1 路用探地雷達(dá)脫空識別原理

路面雷達(dá)是通過天線向地下發(fā)射高頻脈沖電磁波，波在地下傳播過程中遇到不同電性介質(zhì)界面時發(fā)生反射，由接收機(jī)接收被反射的回波，并由計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和成像處理。路面雷達(dá)能連續(xù)作業(yè)，快速檢測，檢測內(nèi)容豐富，是極具潛力的路面無損檢測設(shè)備。

路面雷達(dá)進(jìn)行脫空識別主要利用了空洞對其反射信號的影響，如圖1所示，左圖表示剛性路面面板下存在脫空，右圖為反射波形，反射波A來自混凝土—空氣的界面反射，反射波B來自空氣—基層的界面反射，反射波C是A和B的疊加結(jié)果，路面雷達(dá)圖形顯示中最終得到的是波形C。由于A，B的反射系數(shù)是一正一負(fù)，導(dǎo)致兩反射波相位發(fā)生翻轉(zhuǎn)，在基層界面雷達(dá)反射波為一負(fù)反射波。通過確定了反射波的時間差可計算出空洞深度。由于氣充空洞的介電常數(shù)小于水泥混凝土材料的介電常數(shù)，而水充空洞的介電常數(shù)大于水泥混凝土材料介電常數(shù)，其波形與氣充空洞的波形相反，基層界面的雷達(dá)反射波為一正反射波。可通過計算機(jī)軟件對采集的信號進(jìn)行處理分析，得到水泥混凝土板的脫空嚴(yán)重情況及板底含水量大小情況。

圖1 脫空識別示意圖

2 地質(zhì)雷達(dá)用于橋頭脫空檢測

2.1 工程介紹

廣東某高速公路是廣東省高速公路的重點工程項目之一，全長約51.57 km。雙向四車道，設(shè)計速度為120 km/h，于2002年8月建成通車。該高速公路通車多年路基的不均勻沉降導(dǎo)致局部橋頭路面出現(xiàn)了不同程度的下沉、跳車現(xiàn)象，還有個別路段出現(xiàn)了縱向裂縫，對行車安全造成了較大的負(fù)面影響。為確保營運安全，提高車輛行駛的舒適性，采用了路用探地雷達(dá)(GPR)法對全線橋頭跳車嚴(yán)重路段進(jìn)行脫空檢測。本次總計檢測橋頭跳車橋梁26座，檢測位置為橋梁兩側(cè)橋頭路段。

2.2 雷達(dá)掃面典型圖

此次采用美國生產(chǎn)PenetradarIRIS-L路面雷達(dá)系統(tǒng)對該高速公路橋頭路段進(jìn)行脫空檢測。雷達(dá)測試車測試的過程中，測試車前左、右輪跡各安裝一個頻率為750 MHz雷達(dá)天線。測試車后右輪跡安裝500 MHz雷達(dá)天線，其中副駕駛側(cè)為1號天線，司機(jī)側(cè)為2號天線，后側(cè)為3號天線。

2.3 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

通過路面雷達(dá)軟件及脫空判定方法對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定全線橋頭路段的脫空位置，分析結(jié)果如表1所示。

通過現(xiàn)場病害調(diào)查和對測試結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)果與現(xiàn)場病害情況相一致，該方法用于橋頭脫空檢測可行。從表1分析可知:(1)經(jīng)過近十多年來的通車運行，該段高速公路部分橋梁的橋頭出現(xiàn)了脫空跳車病害，跳車的橋頭均出現(xiàn)有不同程度的脫空且部分橋頭脫空十分嚴(yán)重。(2)左、右幅脫空情況為路面基層脫空、路基不均勻沉陷和填料松散等。(3)脫空位置主要集中于搭板枕梁下和搭板以下0～90 cm處。

表1 橋頭脫空檢測結(jié)果統(tǒng)計表

3 結(jié)語

路用探地雷達(dá)(GPR)無損檢測法應(yīng)用于橋頭脫空檢測，其檢測結(jié)果與現(xiàn)場病害情況相一致。同時，探地雷達(dá)可準(zhǔn)確地判斷出脫空位置，避免了養(yǎng)護(hù)和維修的盲目性，可以節(jié)約養(yǎng)護(hù)成本。探地雷達(dá)檢測具有簡便實用、快速、無破損等特點，克服了鉆芯檢測方法的局限性。