连续箱梁桥的无损检测评估

陈显云

(贵州省交通科学研究院有限责任公司)

1 地质雷达检测的技术原理

1.1 地质雷达的基本原理

地质雷达检测利用宽带高频电磁波，利用了电磁波信号在介质传播时电磁波的相关参数变化进行探测的。在发射雷达机作用下，发射器会向外发射具有固定周期的毫微秒信号，通过发射天线耦合作用传递到混凝土介质之中时，产生反射信号。设置于地面上的接收天线能够及时获得地下回波，通过接收机将回波进行整形、放大处理，进一步处理后，就可以到达电脑操作端。通过设计好的数据处理程序对信号进行编码，经过这些处理过程就能可用来判断地下目标的深度、大小和方位相关参数。

1.2 地质雷达技术参数

(1)地质雷达的探测分辨率

地质雷达所能够准确区分两个或者多个目标体之间的最小距离就称为地质雷达探测的分辨率。在实际检测过程中影响地质雷达分辨率主要是外部因素的影响，例如探测深度过深，测量介质对电磁波反映不敏感，天线所选频率和 介质目标不匹配等等。

(2)地质雷达的探测范围和探测深度

地质雷达所接受到的反射波，在一定程度上并不是全部处在发射天线和介质之间的直线范围。所以地质雷达的检测存在一个范围，在实际检测过程中要把控好有效范围的大小，以便及时调整检测的位置。

2 地质雷达在连续箱梁无损检测中的应用

在桥梁结构施工的过程中，由于施工措施不到位等情况可能会导致桥梁结构产生裂缝、空洞、麻面等质量缺陷。这些质量问题的存在会影响到桥梁结构的整体安全性和稳定性。所以在桥梁的使用过程中必须明确病害发生部位的大小和具体特征，以便采取有针对性的措施。对于连续箱梁桥在使用过程中在底板位置处容易产生裂缝，裂缝分布不均匀，如果进一步发 展会造成桥梁底板的崩裂。另外由于设计不合理加之行车荷载等外力的作用可能会导致桥梁的整体线形不够平顺，导致箱梁的界面面积出现几何偏差，这会影响到箱梁的界面刚度。相邻箱梁之间发生错台会导致结构内部的预应力钢筋发生弯折，也会造成崩裂的危险。所以针对箱梁的检测一定要详尽。

2.1 地质雷达检测混凝土密实度的检测

地质雷达通过发射雷达波在经过钢筋混凝土之后其电磁特性会发生一系列的折射和反射作用，造成接受到的雷达反射波在波幅、波长等参数上出现一定程度的差异性。地质雷达检测技术是被探测介质的内部发射高频电磁波，雷达波在混凝土内部传播会造成声波较大的能量衰减，这主要是由于混凝土内部的复杂界面导致的雷达波散射，如果将混凝土中的骨料作为影响雷达波传递的障碍物，那么散射功率的大小就与声波频率的平方成正比。另外声波在混凝土内部传播的指向性差，这主要是因为采用低频率声波的波长较长，使得扩散角变大，混凝土内部集料的多界面特性使得声波要经过过多的折射和反射作用，大量的声波折射和反射使得相互之间产生干涉和叠加。

在对混凝土内部密实度检测的过程中，如果该区域的雷达波形产生较大的差异性就表明该位置处的混凝土密实性较差，接受到的雷达波在不同时间段内会呈现出不同的波幅变化值，造成较为明显的能量衰减。在混凝土内部密实度较好的区域，雷达波的波幅呈现较为稳定的状态，同一道波在不同时段内的波幅处于一个较为稳定的状态。这表明混凝土结构在纵向和横向范围内的混凝土质量密实度都较为理想。波形一致、稳定，而且反射所散失的能量主要集中在混凝土层之后，穿过混凝土层之后会造成雷达波能量衰减，幅值很小。这说明钢筋的分界面很明显，造成雷达能量反射较大。

2.2 地质雷达检测混凝土钢筋

在进行地质雷达检测的过程中如果不容易获取雷达波的波速值，通过所检测目标的几何结构尺寸就能够计算出电磁波的传播速度，介质的反射类型主要分为三种不同的形态:二次抛物线形，产生点状反射体空洞;当面状反射体，出现裂缝、断层、分界面不清晰等情况时会出现面妆反射体;不规则反射体，主要发生在混凝土内部的不规则变形。在对连续箱梁进行地质雷达检测时，测线方向要垂直于混凝土内部的钢筋，所获得的反射面会呈现点状反射体的特性。

2.3 地质雷达检测钢筋混凝土层保护厚度

地质雷达对钢筋混凝土层保护厚度的检测主要是根据电磁波在混凝土和钢筋表面发生反射的程度不一样，传递时间不相同。通过计算确定反射时间和传递速度就可以获取混凝土层的保护厚度。随意在检测钢筋混凝土层保护厚度的过程中首先要确定电磁波在钢筋表面的回波时间，获得波在混凝土各结构层中的传播时间和在混凝土中的传递速度。通过相关的计算分析可以发现，地质雷达可以分辨出的波长为介质的厚度要满足大于电磁波波长0.25 倍的限制。一般在检测过程中所采用的天线发射频率为800 MHz 的天线，去雷达波在混凝土内部的传递速度为0.12 m/ns，就可以计算出雷达波的波长为0.013 m，那么能够检测的介质纵向厚度为3.33 cm，这能够近乎所有箱梁结构的混凝土保护层厚度检测。

3 结 语

随着我国公路桥梁的规模不断扩大，在行车荷载和不断作用下桥梁开始出现多种不同程度的病害，桥梁病害的发展严重影响到了桥梁结构的安全性和稳定性，所以做好桥梁病害的维修改造就显得尤为关键。本文采用地质雷达这一先进的无损检测技术分析了在连续箱梁病害中的应用，以期为公路桥梁无损检测技术的发展做出积极贡献。

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