探地雷达在箱梁腹板检测中的应用
混凝土箱梁结构是桥梁工程的重要组成部分。腹板作为箱梁的主体结构,对箱梁的安全运营起着非常重要的作用。然而受施工中诸多因素的影响,易造成腹板内部混凝土振捣不密实和空洞现象发生,甚至出现钢筋排布不均、保护层厚度与设计值不符以及波纹管压浆不密实等质量问题。针对该类问题,传统的检测手段如目测、钻孔取芯、压水测试和钻孔声波等方法往往费时费事,已不能满足实际工程的需要。探地雷达作为一种新的无损检测方法,以其操作简便、快速和高分辨率的优点,在近年来的工程质量检测中得到了广泛的应用[1-5]。
1 探地雷达工作原理
研究采用美国GSSI公司生产的SIR-3000型探地雷达。该仪器由雷达主机、1.5 GHz高频天线以及Radan5.0软件组成。
探地雷达天线向箱梁腹板混凝土结构内部发射高频电磁波,在腹板传播中会在遇到的各种介质界面处发生反射,反射波由雷达天线接收,并用雷达图像连续反映出来,其反射系数I和波速υ主要取决于介电常数(图1)。
会导致电磁波相位和幅度发生变化,由此可发现缺陷。当电磁波遇到以传导电流为主的介质(如钢筋或者波纹管),则会发生全反射,接收信号在雷达图像上显示非常强烈,以此可确定钢筋或波纹管的分布情况。
根据雷达主机记录的电磁波发射至反射回来的双程走时t,可计算出目标体深度D=1/2υt,据此可对缺陷、钢筋或波纹管等目标体进行精确定位。
2 工程应用实例
根据某工程现场实际情况,采用探地雷达对箱梁腹板进行检测,检测内容包括混凝土的质量缺陷、钢筋保护层厚度和波纹管的定位。雷达扫描测线的原则采取平直布置,天线扫描方向尽量垂直于箱梁腹板外层钢筋。图2为探地雷达扫描示意图。
2.1 箱梁腹板混凝土质量缺陷的检测
在总结和归纳大量不同混凝土质量缺陷的基础上,得到混凝土典型质量缺陷的雷达扫描图像。图3和图4分别为某箱梁腹板混凝土内部密实和不密实的雷达图像。图中可见,在混凝土密实区域,雷达图像表现为线形连续不间断,反射波信号稳定,说明混凝土密实匀质性良好;对于不密实区域,雷达图像表现为杂乱不连续,由于反射波形混乱造成了许多异常点。
为了验证雷达检测的正确性,对检测所判定的缺陷位置进行开凿处理。相对于密实区的混凝土,雷达所探测的不密实区混凝土极易被凿开。实际解图4 不密实混凝土剖表明,该处混凝土结构疏松。
2.2 箱梁腹板钢筋保护层厚度的检测
钢筋保护层是关系到腹板混凝土结构承载力、耐久性和防火等的重要性能,但是由于施工问题,往往使得钢筋保护层厚度不能满足设计文件和规范的要求。钢筋保护层如果厚度太薄,可能使钢筋外围混凝土产生径向劈裂,使粘结强度降低,将影响结构安全;反之,则减小了钢筋在结构中抵御外界作用力的力矩,降低了结构件的承载力。这些后果对混凝土结构的耐久性都会构成威胁[6]。
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