基于雷达—钻芯拟合法的桥面铺装层厚度检测

蒋玉松 陈科文

(广西建宏建筑工程质量检测有限公司，广西 桂林 541004)



基于雷达—钻芯拟合法的桥面铺装层厚度检测

蒋玉松 陈科文

(广西建宏建筑工程质量检测有限公司，广西 桂林 541004)

利用14个桥面铺装层厚度钻芯实测值，对雷达法厚度检测值进行拟合验证，分析得到了雷达—钻芯二者之间基于数学模型的函数关系式，且利用关系式，得出各测点的厚度推算值，对今后铺装层厚度的检测具有一定的参考意义。

雷达法，钻芯法，介电常数，拟合函数，厚度推算值

0 引言

伴随道路桥梁等基建设施的发展，工程检测任务日趋繁重。在桥梁或道路面厚度检测中，雷达法因其检测技术的日趋成熟及检测设备的不断改进，使其逐渐成为取代传统钻芯法的常规检测法[1]。

雷达法在工程建设领域中的应用可追溯至20世纪70年代中期，经过几十年的发展积累了不少的研究成果和实践经验[2-5]。但雷达检测法的影响因素众多，如噪信比、信号稳定性、时间标定偏差及雷达穿透能力等[1]，其中影响最为显著的当属被检物体的介电特性。应用于道路工程建设探测时，即使是同一种介质其介电特性也常受其组成成分及孔隙率、含水量、温度、电磁性介质等多种因素影响[6,7]。

本文通过桥面铺装层厚度的现场取芯实测值，结合雷达法和钻芯法之间存在的数学关系，在忽略各影响因素的情况下，对二者进行标定拟合，分析得出二者之间基于数理模型的函数关系式，通过关系式将雷达法检测结果实测值转换为相应于钻芯法检测结果的铺装层厚度值，以达到精确测量铺装层厚度的目的。

1 检测原理

雷达法在路面厚度测试中的应用，主要是通过利用雷达仪精确测量电磁脉冲在介质中传播的双程时间t及求得电磁脉冲在介质中的传播速度v，利用这两个参数和介质厚度之间存在的数学物理关系来求得路面层厚度，而上述参数中传播速度主要受被检介质的介电特性控制。

介质的介电特性通常受多因素控制，确定其数值往往是非常复杂的。表1为常见物质的介电常数εr和电磁波传播速度v[8]。表1中数据表明，大部分属于同一种介质的εr和v并非为定值，而是处于一定波动范围内，如混凝土。因此，若要准确测定混凝土的介电常数εr值和电磁波传播速度v值较为困难，那么通过利用现场取芯实测值来拟合修正雷达检测法测试值以达到准确检测路面层厚度的目的是行之有效的方法。

表1 常见材料电磁属性表

当发射天线向介质发射一系列脉冲电磁波并经交界面反射，由接收天线接收形成时间序列后，便可得到电磁脉冲在介质中传播的双程时间t。此时可利用时间t及传播速度v，并通过式(1)来求得路面层厚度h。

(1)

其中，l为接收天线和发射天线之间的距离，m；h为路面层厚度，m；t为电磁脉冲的双程时间，ns；v为电磁波在介质中的传播速度，m/ns，可按式(2)计算。

(2)

其中，c为电磁波在真空中的传播速度,0.3 m/ns；εr为介质的相对介电常数。

2 工程应用

2.1 工程概况

位于福建省厦门市某三跨连续全漂浮结构钢箱梁悬索桥，桥面全长1 108 m，宽31 m，主跨648 m。行车道宽2×14.75 m，中央分隔带宽1.5 m，各车道示意图见图1。该桥已投入使用多年，现需对其路面层进行维修保养而将整个桥面重新铺装沥青面层。为了解桥面铺装层厚度状况，采用本文所述方法进行检测。

2.2 雷达—钻芯拟合试验

为减少钻芯对桥面铺装层的破坏与损伤，本试验仅选取14个均匀分布的且具有代表性的检测点进行雷达检测和钻芯取样的对比分析，现场实测结果见表2。通过对雷达法厚度检测值及钻芯法厚度实测值进行数据处理，计算得出二者之间基于数理模型的函数关系表达式，如式(3)所示。利用此函数式对雷达法厚度检测值进行转换，得到各测点拟合法厚度推算值，结果见表2。此外，利用各测点实测数据及函数表达式绘出如图2所示的雷达—钻芯关系曲线图。

y=0.705 3x1.110 6

(3)

其中，x为雷达法厚度检测值；y为拟合法厚度推算值。

表2 各测点路面层厚度实测结果表

检测点号路面桩号雷达法厚度检测值mm钻芯法厚度实测值mm拟合法厚度推算值mm钻芯—拟合厚度偏差值/mm厚度偏差率%钻孔所在车道1K6+1006872.576.5+4.0+5.5出岛主车道①2K5+0506368.970.3+1.4+2.0出岛主车道①3K6+1005764.462.9-1.5-2.3出岛主车道②4K5+8006875.376.5+1.2+1.6出岛主车道②5K5+0007075.279.0+3.8+5.1出岛主车道②6K6+1006066.466.6+0.2+0.3出岛超车道7K5+2005768.062.9-5.1-7.5出岛超车道8K5+3006067.766.6-1.1-1.6进岛主车道①9K5+3206371.370.3-1.0-1.4进岛主车道②10K6+1006881.476.5-4.9-6.0进岛主车道②11K5+0006070.566.6-3.9-5.5进岛超车道12K5+6004949.053.2+4.2+8.6进岛超车道13K6+0004143.543.6+0.1+0.2进岛超车道14K6+1006874.476.5+2.1+2.8进岛超车道

通过对表2拟合法厚度推算值和钻芯法厚度实测值的比较可以发现，拟合法厚度推算值相较于钻芯法厚度实测值的厚度偏差值介于-5.1 mm～+4.2 mm之间，厚度偏差率为-7.5%～+8.6%之间，绝对平均偏差率为3.6%。上述数据表明，本文所采用的雷达—钻芯拟合法能较好的应用于雷达法检测道路铺装层厚度的检测当中，检测结果具有代表性，能较好的反映铺装层的实际厚度。

3 应用实例

基于本文所述雷达—钻芯拟合法，对该桥桥面铺装层厚度采用雷达法进行厚度探测，共计60个探测点。通过利用拟合函数关系式(3)对雷达法实测结果进行拟合转换后，得到铺装层各测点的厚度推算值，如表3所示。

表3 雷达法各测点厚度推算值

利用表3中各检测点的厚度推算值，再根据式(4)[9]计算能表征整个桥面铺装层的厚度代表值XL，得到XL=62.8 mm。

(4)

通过上述工程实例可以看出，雷达法检测路面层厚度具有以下几个优点：1)该法属于无损检测法，对路面不造成损伤；2)检测速度快，工作效率高，适用于大范围路面层厚度的检测；3)可进行连续采样，采样点数多，扫测范围大，检测结果具有更为广泛的代表性。

此外，通过表3中各检测点的厚度推算值及整个桥面铺装层的厚度代表值可以看出，本文所述雷达—钻芯拟合法用于桥面铺装层厚度的检测，具有较强的针对性，最大限度的消除雷达探测过程中受环境及物理因素的影响，通过拟合函数关系式能较为准确的对雷达法厚度检测值进行转换和解释，能达到比较理想的检测效果。

4 结论

1)本文得出雷达—钻芯二者之间基于数学模型的函数关系式，绘出雷达—钻芯相关曲线图。利用函数关系式对雷达法的厚度检测值进行计算推定，可方便直接的得出各测点的厚度推算值。2)应用本文所述方法可避免受介质的环境及物理因素的影响，通过少量的钻芯并经一定的数据处理与分析便可对雷达检测数值进行解释与推算。3)雷达—钻芯拟合法不仅对结构损伤小，且可实现大范围检测，并具有检测速度快，效率高，数据处理简单，测试精度高的优点，对今后路面厚度的检测工作具有一定的理论参考价值和工程实际指导意义。

[1] 张立敏,刁传苏,徐明波.高精度雷达在路面厚度检测中的应用[J].中外公路，2004,24(6):25-28.

[2] 白 冰，周 健.探地雷达测试技术发展概况及其应用现状[J].岩石力学与工程学报，2001,20(4):527-531.

[3] 杨立新.雷达在检测路面厚度中的应用[J].湖南交通科技，2001,27(1):18-19.

[4] 伍 敏.探地雷达在沥青路面检测中的应用研究[D].西安:长安大学，2014.

[5] 王子彬.路面雷达在沥青路面厚度检测中的应用[J].公路与汽运，2014,161(2):122-125.

[6] 石 宁，陈佩茹.探地雷达的基本原理及其在沥青路面中的应用[J].中外公路，2004,24(1):75-78.

[7] 许建文.探地雷达在沥青路面检测中的应用研究[D].长沙：长沙理工大学，2006.

[8] 陆伟东，刘金龙，路宏伟，等.混凝土结构厚度的雷达检测[J].无损检测，2009,31(5):364-366,399.

[9]JTGF80/1—2004，公路工程质量检验评定标准[S].

Bridge deck paving thickness detection on the basis of radar-drilling simulation method

Jiang Yusong Chen Kewen

(GuangxiJianhongBuildingEngineeringQualityDetectionCo.,Ltd,Guilin541004,China)

The paper applies 14 bridge deck paving thickness drilling detection value, carries out simulation examination for the thickness detection value with radar method, analyzes and obtains function relationship between radar and drilling on the basis of mathematical model, and finds out measuring point thickness calculation value, which has certain guiding meaning for paving layer thickness detection in future.

radar method, drilling method, dielectric constant, fitting function, thickness calculating value

1009-6825(2017)10-0181-02

2017-01-24

蒋玉松(1975- )，男，工程师； 陈科文(1973- )，男，工程师

U443.33

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