地质雷达在广东某高速公路桥头脱空检测中的应用

2013-09-06雷迎松李铭杰

黑龙江交通科技 2013年7期

雷迎松，李铭杰

(1.广东华路交通科技有限公司;2.广东龙浩公路桥梁工程有限公司)

0 引言

由于桥梁与路基、路面的组成材料、刚度、强度、胀缩性等存在差异且桥头连接处受力时易形成集中应力，因此在车辆荷载、结构自重、自然因素作用下，桥梁与道路同时发生沉降，但两者的沉降量有很大差异，道路的沉降量大于桥梁的沉降量，从而形成脱空错台，导致行车时发生桥头跳车。桥头跳车影响了行车安全、降低了行车速度、增加了车辆运营费用，加速了桥梁及路面的破坏，其对道路桥梁的安全使用的负面影响极大。

对于桥头跳车传统的脱空评定方法主要为钻芯法。但钻芯法存在以下不足:(1)路面受到破坏性冲击;(2)不能形成紧密的连续检测;(3)测试速度慢且很难快速确定板下各处脱空的位置。

鉴于传统钻芯法存在的不足，当前桥头跳车脱空评定方法采用路用探地雷达(GPR)无损检测法，该方法具有简便实用、快速、无破损等特点。根据路用探地雷达的特性及工程实际应用，其应用于检测混凝土板下脱空有以下几个方面的优点:(1)检测效率高:车载天线一个工作日可检测单幅300 km的路面;(2)检测判断的准确度高:探地雷达可以比较容易地判断出脱空位置，并可以避免人为误差，用于判断混凝土板下的脱空具有较高的准确度;(3)可以实现连续检测。

1 路用探地雷达脱空识别原理

路面雷达是通过天线向地下发射高频脉冲电磁波，波在地下传播过程中遇到不同电性介质界面时发生反射，由接收机接收被反射的回波，并由计算机进行数据分析和成像处理。路面雷达能连续作业，快速检测，检测内容丰富，是极具潜力的路面无损检测设备。

路面雷达进行脱空识别主要利用了空洞对其反射信号的影响，如图1所示，左图表示刚性路面面板下存在脱空，右图为反射波形，反射波A来自混凝土—空气的界面反射，反射波B来自空气—基层的界面反射，反射波C是A和B的叠加结果，路面雷达图形显示中最终得到的是波形C。由于A，B的反射系数是一正一负，导致两反射波相位发生翻转，在基层界面雷达反射波为一负反射波。通过确定了反射波的时间差可计算出空洞深度。由于气充空洞的介电常数小于水泥混凝土材料的介电常数，而水充空洞的介电常数大于水泥混凝土材料介电常数，其波形与气充空洞的波形相反，基层界面的雷达反射波为一正反射波。可通过计算机软件对采集的信号进行处理分析，得到水泥混凝土板的脱空严重情况及板底含水量大小情况。

图1 脱空识别示意图

2 地质雷达用于桥头脱空检测

2.1 工程介绍

广东某高速公路是广东省高速公路的重点工程项目之一，全长约51.57 km。双向四车道，设计速度为120 km/h，于2002年8月建成通车。该高速公路通车多年路基的不均匀沉降导致局部桥头路面出现了不同程度的下沉、跳车现象，还有个别路段出现了纵向裂缝，对行车安全造成了较大的负面影响。为确保营运安全，提高车辆行驶的舒适性，采用了路用探地雷达(GPR)法对全线桥头跳车严重路段进行脱空检测。本次总计检测桥头跳车桥梁26座，检测位置为桥梁两侧桥头路段。

2.2 雷达扫面典型图

此次采用美国生产PenetradarIRIS-L路面雷达系统对该高速公路桥头路段进行脱空检测。雷达测试车测试的过程中，测试车前左、右轮迹各安装一个频率为750 MHz雷达天线。测试车后右轮迹安装500 MHz雷达天线，其中副驾驶侧为1号天线，司机侧为2号天线，后侧为3号天线。

2.3 数据分析结果

通过路面雷达软件及脱空判定方法对检测数据进行分析，确定全线桥头路段的脱空位置，分析结果如表1所示。

通过现场病害调查和对测试结果进行分析发现地质雷达检测结果与现场病害情况相一致，该方法用于桥头脱空检测可行。从表1分析可知:(1)经过近十多年来的通车运行，该段高速公路部分桥梁的桥头出现了脱空跳车病害，跳车的桥头均出现有不同程度的脱空且部分桥头脱空十分严重。(2)左、右幅脱空情况为路面基层脱空、路基不均匀沉陷和填料松散等。(3)脱空位置主要集中于搭板枕梁下和搭板以下0～90 cm处。