探地雷达对混凝土桥面结构空洞范围的无损探测

2022-09-11

随着经济的飞速发展, 各项基础设施建设也呈现出良好的发展势头, 交通作为国民经济的命脉, 其发展状况直接影响到经济的发展速度, 而桥梁又是整个交通运输体系的基础。近年来我国每年投资成百上千亿资金来修建桥梁, 同时也产生了一些新的问题。包括如何解决现有桥梁检测手段落后与高速发展的桥梁建设之间的矛盾, 如何准确快速地完成桥梁施工质量检测, 如何提高桥梁养护水平等, 都是一些亟待解决和探讨的问题。钢筋混凝土结构的桥梁可能由于施工原因导致在施工完成后, 桥面下的结构出现较大的空洞。在大量交通荷载的作用下, 桥面下的结构空洞可能导致桥面开裂、塌陷, 轻者将影响桥梁的正常使用, 严重的还可能导致交通事故。因此必须对桥面下的结构空洞进行打孔注浆处理, 在打孔注浆之前, 必须首先对结构空洞的范围和厚度有一个较精确的了解。为了避免破坏已有的桥面, 探地雷达就成为标定结构空洞范围的一个有效手段。本文通过工程实例说明了探地雷达在标定结构空洞范围时相比其他探测方法所具有的优势和应注意的问题。

1 探地雷达探测结构空洞的原理

因为含水和干枯是电磁波传播的两种极端情况, 因此无论空洞是否含水, 洞内物性与周围介质都存在着明显的差异。如空洞保存完好且未被地下水充盈, 则表现为高电阻率特征, 反之则表现为低电阻率特征。当空洞坍塌后, 在洞内形成破碎、疏松的堆积物, 与围岩的导电和介电性质同样具有差异, 具有利用雷达进行识别的物性基础。地质雷达问世至今在地基基岩面探测、岩溶地面沉陷、地下洞穴的工程地质调查中得到了广泛应用。

2 工程实例

对浙江省某疑似存在问题的桥梁桥面进行了地质雷达探测。勘察所用仪器为意大利IDS公司生产的RIS_K2-0型雷达, 根据现场情况, 选用900MHz天线工作, 具体测试参数见表1。

2.1 测线布置与工作量完成情况

沿车辆通行方向布置测线7条, 测线号分别为:01线、02线、03线、04线、05线、06线、07线, 测线长7m;沿垂直车辆通行方向布置测线8条, 侧线号分别为:08线、09线、10线、11线、12线、13线、14线、15线, 测线长为6m。测线布置示意图见图1。

2.2 勘察结果分析

所有结果均在普通模式下查找存在缺陷的位置。并将结构层用Layer模式进行分析。其中红线表示水泥砂浆抹面与水泥砂浆找平层之间的界面, 绿线表示水泥砂浆找平层与下部结构之间的界面, 黄点表示下部结构内的钢筋。从图中可以看出水泥砂浆抹面和水泥砂浆找平层颜色接近, 且分界面不是非常明显, 这种现象的产生是由于面层与找平层材料接近, 介电常数差异较小。找平层与下部结构之间的介电常数差异相对较大, 因此分界面明显, 颜色差异也较大。本文选取了若干典型缺陷界面进行分析。

03线:03线位置如图1所示。从图2中可见, 从距起始点0.5m至4.0m存在混凝土松散、脱空。在距离起始测量点4.0m~4.8m, 抹面以下, 存在疑似松散, 结构层同性轴中断。03线其它位置雷达探测显示同性轴连续, 各层厚度均匀, 不存在缺陷, 结构状况良好。

04线:04线位置如图1所示。从图3中可见, 04线从起始点至0.8m处存在地面积水, 在雷达图上反应明显。从距起始点1m至3.1m, 存在混凝土塌陷、脱空, 具体表现为结构层下陷, 找平层与抹面脱离, 雷达波在空洞中反射强烈。与01、02线相同的位置, 在距离起始测量点4.3m~4.8m, 抹面以下, 存在疑似松散, 结构层同性轴中断。04线其它位置雷达探测显示同性轴连续, 各层厚度均匀, 不存在缺陷, 结构状况良好。

10线:10线位置如图1所示。从图4中可见, 从距起始点1.8m至4.8m, 存在混凝土塌陷、脱空, 具体表现为结构层下陷, 找平层与抹面脱离, 雷达波在空洞中反射强烈。积水面积缩小从起始点4.9m至5.8m处。10线其它位置雷达探测显示同性轴连续, 各层厚度均匀, 不存在缺陷, 结构状况良好。

14线:14线位置如图1所示。从图5中可见, 从距起始点2.5m至5.2m, 存在混凝土松散、脱空。从起始点至1.2m处存在疑似塌陷。14线其它位置雷达探测显示同性轴连续, 各层厚度均匀, 不存在缺陷, 结构状况良好。

15线:15线位置如图1所示。从图6中可见, 从距起始点2.5m~4.5m, 存在轻度塌陷、脱空。15线其它位置雷达探测显示同性轴连续, 各层厚度均匀, 不存在缺陷, 结构状况良好。

探测结论:根据雷达探测显示, 水泥砂浆抹面和水泥砂浆找平层颜色接近, 且分界面不是非常明显, 这种现象的产生是由于面层与找平层材料接近, 介电常数差异较小。找平层与下部结构之间的介电常数差异相对较大, 因此分界面明显, 颜色差异也较大。地面下存在面积较大的混凝土松散、塌陷、脱空区域。其位置, 形状如图7所示。具体表现为结构层下陷, 找平层与抹面脱离, 雷达波在空洞中反射强烈。建议立即对缺陷区域进行打孔, 注浆处理, 以免产生事故。其它位置雷达探测显示同性轴连续, 各层厚度均匀, 不存在缺陷, 结构状况良好。

3 结语

形成钢筋混凝土缺陷的原因是多方面的, 施工控制不严、材料选择及其它综合因素的作用导致了结构内部空洞和塌陷的产生和发展。本次使用雷达天线频率为900MHz勘察有效深度在1.5m以内, 因此精度较高。根据以上的雷达探测图像分析:存在面积较大的混凝土松散、塌陷、空洞, 找平层与抹面脱离, 结构层下陷等问题。

在利用探地雷达进行结构空洞范围确定时, 网格的划分是一个重要步骤。网格划分如果过疏, 则在探测时容易错过结构空洞, 使探测失去效果。网格划分如果过密, 则大大增加探测工作量。因此, 建议在进行探测前, 先制定探测计划, 对场地用粗网格进行预探测, 确定可能存在空洞的大概位置。然后对该位置用细网格进行详细探测, 以便最终确定结构空洞的形状和具体位置。

摘要：钢筋混凝土结构的桥梁可能由于施工原因导致在施工完成后, 桥面下的结构出现较大的空洞。在大量交通荷载的作用下, 桥面下的结构空洞可能导致桥面开裂、塌陷, 轻者将影响桥梁的正常使用, 严重的还可能导致交通事故。因此必须对桥面下的结构空洞进行打孔注浆处理, 在打孔注浆之前, 必须首先对结构空洞的范围和厚度有一个较精确的了解。为了避免破坏已有的桥面, 探地雷达就成为标定结构空洞范围的一个有效手段。本文通过工程实例说明了探地雷达在标定结构空洞范围时相比其他探测方法所具有的优势和应注意的问题。

关键词：探地雷达,混凝土空洞,桥梁