連續箱梁橋的無損檢測評估

陳顯云

(貴州省交通科學研究院有限責任公司)

1 地質雷達檢測的技術原理

1.1 地質雷達的基本原理

地質雷達檢測利用寬帶高頻電磁波，利用了電磁波信號在介質傳播時電磁波的相關參數變化進行探測的。在發射雷達機作用下，發射器會向外發射具有固定周期的毫微秒信號，通過發射天線耦合作用傳遞到混凝土介質之中時，產生反射信號。設置于地面上的接收天線能夠及時獲得地下回波，通過接收機將回波進行整形、放大處理，進一步處理后，就可以到達電腦操作端。通過設計好的數據處理程序對信號進行編碼，經過這些處理過程就能可用來判斷地下目標的深度、大小和方位相關參數。

1.2 地質雷達技術參數

(1)地質雷達的探測分辨率

地質雷達所能夠準確區分兩個或者多個目標體之間的最小距離就稱為地質雷達探測的分辨率。在實際檢測過程中影響地質雷達分辨率主要是外部因素的影響，例如探測深度過深，測量介質對電磁波反映不敏感，天線所選頻率和 介質目標不匹配等等。

(2)地質雷達的探測范圍和探測深度

地質雷達所接受到的反射波，在一定程度上并不是全部處在發射天線和介質之間的直線范圍。所以地質雷達的檢測存在一個范圍，在實際檢測過程中要把控好有效范圍的大小，以便及時調整檢測的位置。

2 地質雷達在連續箱梁無損檢測中的應用

在橋梁結構施工的過程中，由于施工措施不到位等情況可能會導致橋梁結構產生裂縫、空洞、麻面等質量缺陷。這些質量問題的存在會影響到橋梁結構的整體安全性和穩定性。所以在橋梁的使用過程中必須明確病害發生部位的大小和具體特征，以便采取有針對性的措施。對于連續箱梁橋在使用過程中在底板位置處容易產生裂縫，裂縫分布不均勻，如果進一步發 展會造成橋梁底板的崩裂。另外由于設計不合理加之行車荷載等外力的作用可能會導致橋梁的整體線形不夠平順，導致箱梁的界面面積出現幾何偏差，這會影響到箱梁的界面剛度。相鄰箱梁之間發生錯臺會導致結構內部的預應力鋼筋發生彎折，也會造成崩裂的危險。所以針對箱梁的檢測一定要詳盡。

2.1 地質雷達檢測混凝土密實度的檢測

地質雷達通過發射雷達波在經過鋼筋混凝土之后其電磁特性會發生一系列的折射和反射作用，造成接受到的雷達反射波在波幅、波長等參數上出現一定程度的差異性。地質雷達檢測技術是被探測介質的內部發射高頻電磁波，雷達波在混凝土內部傳播會造成聲波較大的能量衰減，這主要是由于混凝土內部的復雜界面導致的雷達波散射，如果將混凝土中的骨料作為影響雷達波傳遞的障礙物，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部傳播的指向性差，這主要是因為采用低頻率聲波的波長較長，使得擴散角變大，混凝土內部集料的多界面特性使得聲波要經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生干涉和疊加。

在對混凝土內部密實度檢測的過程中，如果該區域的雷達波形產生較大的差異性就表明該位置處的混凝土密實性較差，接受到的雷達波在不同時間段內會呈現出不同的波幅變化值，造成較為明顯的能量衰減。在混凝土內部密實度較好的區域，雷達波的波幅呈現較為穩定的狀態，同一道波在不同時段內的波幅處于一個較為穩定的狀態。這表明混凝土結構在縱向和橫向范圍內的混凝土質量密實度都較為理想。波形一致、穩定，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造成雷達波能量衰減，幅值很小。這說明鋼筋的分界面很明顯，造成雷達能量反射較大。

2.2 地質雷達檢測混凝土鋼筋

在進行地質雷達檢測的過程中如果不容易獲取雷達波的波速值，通過所檢測目標的幾何結構尺寸就能夠計算出電磁波的傳播速度，介質的反射類型主要分為三種不同的形態:二次拋物線形，產生點狀反射體空洞;當面狀反射體，出現裂縫、斷層、分界面不清晰等情況時會出現面妝反射體;不規則反射體，主要發生在混凝土內部的不規則變形。在對連續箱梁進行地質雷達檢測時，測線方向要垂直于混凝土內部的鋼筋，所獲得的反射面會呈現點狀反射體的特性。

2.3 地質雷達檢測鋼筋混凝土層保護厚度

地質雷達對鋼筋混凝土層保護厚度的檢測主要是根據電磁波在混凝土和鋼筋表面發生反射的程度不一樣，傳遞時間不相同。通過計算確定反射時間和傳遞速度就可以獲取混凝土層的保護厚度。隨意在檢測鋼筋混凝土層保護厚度的過程中首先要確定電磁波在鋼筋表面的回波時間，獲得波在混凝土各結構層中的傳播時間和在混凝土中的傳遞速度。通過相關的計算分析可以發現，地質雷達可以分辨出的波長為介質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射頻率為800 MHz 的天線，去雷達波在混凝土內部的傳遞速度為0.12 m/ns，就可以計算出雷達波的波長為0.013 m，那么能夠檢測的介質縱向厚度為3.33 cm，這能夠近乎所有箱梁結構的混凝土保護層厚度檢測。

3 結 語

隨著我國公路橋梁的規模不斷擴大，在行車荷載和不斷作用下橋梁開始出現多種不同程度的病害，橋梁病害的發展嚴重影響到了橋梁結構的安全性和穩定性，所以做好橋梁病害的維修改造就顯得尤為關鍵。本文采用地質雷達這一先進的無損檢測技術分析了在連續箱梁病害中的應用，以期為公路橋梁無損檢測技術的發展做出積極貢獻。

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