探地雷達在橋梁預(yù)應(yīng)力管道定位檢測中的應(yīng)用

探地雷達在橋梁預(yù)成力管道定位檢測中的應(yīng)用潘海結(jié);黃福偉【摘要】AimingatdefectsanddeficienciesoftheexistingliteraturemeasuringChina'sfinancialstabilityofindicators,thispapermeasurethecurrentlevelofChina'sfinancialstabilitybyestablishingacomprehensivestabilityindexofthefinancialsystem,adoptingdatafrom2004to2011asthesample.Thestudyfindsthatsince2004,China'soverallfinancialsystemisstable.Bytheinfluenceoffinancialcrisisin2008,China'sfinancialsystemstabilityistheweakestinthefourthquarterof2008,andisontherisein2009.After2010,China'sfinancialstabilitytendstodecline.ThereisahighmatchingdegreebetweenthecomprehensivefinancialsystemstabilityindexandChina'sfinancialoperation.Theempiricalanalysisresultsfurthertestandillustratethefinancialstabilitycomprehensiveindexmeasurementresultshasitsaccuracyandrationality.%對預(yù)應(yīng)力管道進行定位檢測,是目前橋梁無損檢測技術(shù)的一個重要問題，在闡述探地雷達無損檢測技術(shù)原理和方法的基礎(chǔ)上，通過室內(nèi)模型試驗，并結(jié)合工程實例說明了高精度探地雷達在橋梁預(yù)應(yīng)力管道定位檢測中的應(yīng)用，及其無損、簡易、效率高、精度高、抗干擾能力強的優(yōu)點,為準確評價橋梁結(jié)構(gòu)耐久性和安全使用功能提供科學(xué)依據(jù).【期刊名稱】《華東交通大學(xué)學(xué)報》【年(卷)，期】2012(029)001【總頁數(shù)】5頁(P67-70,78)【關(guān)鍵詞】探地雷達;預(yù)應(yīng)力管道;定位檢測【作者】潘海結(jié);黃福偉【作者單位】重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶400074；重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院重慶400074;重慶交通科研設(shè)計院，重慶400067【正文語種】中文【中圖分類】U446.3預(yù)應(yīng)力是為了改善結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在使用條件下的工作性能而在使用以前預(yù)先施加的永久性內(nèi)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力筋是結(jié)構(gòu)中的主要受力單元，是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中至關(guān)重要的部分。如何對預(yù)應(yīng)力管道進行定位檢測，進而確定預(yù)應(yīng)力鋼筋的位置和壓漿實度是預(yù)應(yīng)力檢測技術(shù)的一個重要問題，開展這方面的研究對保證橋梁的耐久性和安全性，以及對于此類橋梁養(yǎng)護工作的決策等至關(guān)重要［1］。1探地雷達工作原理1.1基本原理探地雷達采用脈沖的高頻電磁波進行探測，高頻電磁波在介質(zhì)中的傳播服從麥克斯韋方程［2-3］。即式中：為位置坐標(biāo)偏導(dǎo)數(shù)，表示勢聲3個自由度方向上一階偏微分的矢量和；p為電荷密度，Gm-3;J為電流密度，A?m-2;E為電場強度，V?m-1;D為電位移，C?m-2;B為磁感應(yīng)強度，T;H為磁場強度，A?m-1。該方法是一種對地下目標(biāo)體或界面進行定位的電磁技術(shù)。其基本工作原理是：利用—個天線發(fā)射電磁波，另一個天線接收界面反射波，根據(jù)反射波的雙程走時、振幅、極性特征、頻譜特征以及反射波的形態(tài)特征等參數(shù)資料，來推斷目標(biāo)體的空間位置、結(jié)構(gòu)、幾何形態(tài)等情況，從而達到對地下目標(biāo)體探測的目的［4-6］，見圖1。圖1探地雷達工作示意圖Fig.1GPRworkscheme1.2介質(zhì)的電磁學(xué)性質(zhì)［7-8］）介質(zhì)的介電常數(shù)。介電常數(shù)￡是一個無量綱的物理量，它表征一種介質(zhì)在外加電場作用下極化效應(yīng)大小的性質(zhì)，也稱電容率。極化效應(yīng)對外加電場有消減作用，強的極化效應(yīng)阻礙電磁波的傳播，這就是介電常數(shù)大，電磁波速度小的本質(zhì)。介電常數(shù)不同的兩種介質(zhì)的界面，會弓I起電磁波的反射，反射波的強度與兩種介質(zhì)的介電常數(shù)及磁導(dǎo)率的差異有關(guān)。即使介電常數(shù)差異不大，也能產(chǎn)生雷達可以檢測到的反射波。）介質(zhì)的磁導(dǎo)率。磁導(dǎo)率p表征介質(zhì)在磁場作用下產(chǎn)生磁感應(yīng)能力的強弱，是一個無量綱物理量。絕大多數(shù)工程介質(zhì)的磁導(dǎo)率都接近1,對電磁波傳播特性無重要影響。但是對于鐵、硅鋼等鐵磁性物質(zhì)，其磁導(dǎo)率很高，對電磁波的傳播的影響很嚴重，衰減很大。3）介質(zhì)的電導(dǎo)率。電導(dǎo)率。是表征介質(zhì)導(dǎo)電能力的參數(shù)，電導(dǎo)率高導(dǎo)電性好，在外電場作用下傳導(dǎo)電流大，能量損耗強。低電導(dǎo)介質(zhì)：電磁波衰減小，適宜雷達工作。中電導(dǎo)介質(zhì)：電磁波衰減大，雷達勉強工作。高電導(dǎo)介質(zhì)：電磁波衰減大，難于傳播。常用工程介質(zhì)的電磁參數(shù)見表1。表1常用介質(zhì)的電磁參數(shù)Tab.1Eletromagneticparameterofthecommonmedia材料電導(dǎo)率o/S-m-1相對介電常數(shù)￡速度v/m-ns-1空氣水混凝土鐵00.511061816~780.30.0330.12-0.1401.3電磁波的反射與折射當(dāng)雷達波由低速介質(zhì)進入高速介質(zhì)，反射系數(shù)為正，反射波的極性與入射波相同。當(dāng)雷達波由高速介質(zhì)進入低速介質(zhì)，反射系數(shù)為負，反射波的極性與入射波相反。雷達波由混凝土向進入預(yù)應(yīng)力鋼筋傳播時，是由高速進入低速，反射系數(shù)為負，反射波極性與入射波相反。2模型試驗2.1試驗概況預(yù)應(yīng)力混凝土板，1.5mx0.6mx2m。板內(nèi)埋設(shè)一層預(yù)應(yīng)力管道，直管；管道直徑①80（內(nèi)徑①70），金屬管和塑料管各3根，共6根，管道編號為M1,M2,M3,M4,M5,M6;管道內(nèi)穿①s15-9鋼絞線；分別做成真空、灌漿密實和灌漿不密實3種情況各2根；板頂面和底面各設(shè)置一層普通鋼筋，縱向鋼筋采用饑6鋼筋，間距12cm;箍筋采用饑0鋼筋，間距16cm;采用C60混凝土，模型見圖2。儀器采用意大利IDS公司的RIS-K2型探地雷達，天線選擇由4個1.6GHz的高頻天線組成的HIRESS天線陣，有效探測深度可以達到0.5m，水平最小分辨率5mm。根據(jù)探測目的的不同，測線布置也會有所差異，但一般的原則是橫豎交叉布置，特別是探測鋼筋、預(yù)應(yīng)力束時，有平行與垂直與鋼束的測線。為方便比較，本次試驗測線布置為平行于管道軸向和垂直于管道軸向，測線布置見圖3（C1~C7依次表示1~7號沿線）。圖2模型設(shè)計橫截面圖（單位：cm）Fig.2Cross-sectionalimagesofmodeldesign（unit:cm）圖3測線布置圖Fig.3Layoutofmonitoringlines2.2探測數(shù)據(jù)處理分析與圖像解釋1）1號測線（垂直于管道軸向）。當(dāng)測線垂直于預(yù)應(yīng)力管道時，管道在雷達檢測T-D圖上顯示的波形為向上凸起的弧形，弧頂為管道頂部位置根據(jù)雷達剖面圖，預(yù)應(yīng)力管道均能分辨出。1號測線3號通道雷達檢測剖面圖見圖4。預(yù)應(yīng)力管道M1~M6雷達探測結(jié)果見表2。圖41號測線3號通道雷達檢測剖面圖Fig.4RadardetectionsectionofTunnel3，MonitoringLine1表21號測線3號通道探測結(jié)果Tab.2DetectionresultofTunnel3，MonitoringLine1管道編號M1M2M3M4M5M6設(shè)計值/cm262626262626測量值/cm242424262526誤差/cm2220102）5號測線（平行于管道軸向）。當(dāng)測線垂直于管道軸向時，在雷達檢測T-D圖上，顯示的是一條隨管道軸向位置變化的曲線，根據(jù)雷達檢測剖面圖，M4管道的位置能夠很明顯的分別出來，5號測線4號通道達檢測剖面圖見圖5。5號測線4號通道探測結(jié)果見圖6其他各測線探地雷達均能檢測出管道的位置，在此不一列出。圖55號測線4號通道雷達檢測剖面圖Fig.5RadardetectionsectionofTunnel4，MonitoringLine5圖65號測線4號通道雷達檢測結(jié)果Fig.5RadardetectionresultofTunnel4，MonitoringLine52.3小結(jié)經(jīng)過對比分析可知，測線垂直于管道軸向（即天線偶極子方向平行于管道軸向）和測線平行于管道軸向均能探測出管道位置，垂直于預(yù)應(yīng)力管道時，雷達檢測T-D圖上顯示的是向上凸起的弧形，弧頂為管道頂部位置根據(jù)雷達剖面圖，平行于管道軸向時，雷達檢測T-D圖上顯示的是一條隨管道位置變化的曲線，垂直于管道軸向時，信號較強，能對管道進行有效探測，有利于尋找預(yù)應(yīng)力管道位置，測線平行于管道軸向，信號較弱，但是平行于管道軸向有利于追蹤管道的線性變化。3工程應(yīng)用實例分析3.1工程概況重慶市北濱路某小箱梁橋，為了能夠?qū)υ摌蜻M行更加全面的養(yǎng)護管理，由于缺乏原始資料，要求對小箱梁預(yù)應(yīng)力筋進行定位檢測，現(xiàn)取外側(cè)第一片小箱梁外腹板。儀器依然使用意大利IDS公司的RIS-K2型探地雷達和由4個1.6GHz的高頻天線組成的HIRESS天線陣，由于測線垂直于管道軸向，信號較強，因此測線布置為垂直于管道軸向，由跨中向支座，沿著腹板向上布置4條測線。3.2數(shù)據(jù)處理分析與圖像解釋圖7~圖10為4條測線雷達檢測剖面圖，預(yù)應(yīng)力管道均能分辨出。圖71號測線雷達剖面圖Fig.7RadardetectionsectionofMonitoringLine1圖82號測線雷達剖面圖Fig.8RadardetectionsectionofMonitoringLine2圖93號測線雷達剖面圖Fig.9RadardetectionsectionofMonitoringLine3圖104號測線雷達剖面圖Fig.10RadardetectionsectionofMonitoringLine4建立坐標(biāo)系，以腹板下緣為原點，以雷達掃描方向為x軸正方向，管道埋深為y軸正方向，雷達探測結(jié)果見表3。其他箱梁各腹板探地雷達均能檢測出預(yù)應(yīng)力管道的位置，在此不一一列出，為了驗證檢測結(jié)果的準確性，需對個別預(yù)應(yīng)力管道進行破孔論證，根據(jù)檢測結(jié)果，選取了第4片梁的一側(cè)腹板進行破孔驗證，說明，檢測結(jié)果與破孔實測結(jié)果吻合較好，基本上反映了預(yù)應(yīng)力管道的位置。表3雷達探測結(jié)果Tab.3Radardetectionresultcm測線號測量值1234x29.537.941.442.4y18.1618.3616.4118.553.2小結(jié)意大利RIS-K2地質(zhì)雷達和由4個1.6GHz的高頻天線組成的HIRESS天線陣系統(tǒng)，能夠?qū)ξ挥谄胀ㄤ摻钕路降念A(yù)應(yīng)力管道，進行定位檢測，準確度較高，方便實用。4結(jié)論通過探地雷達在公路橋梁預(yù)應(yīng)力管道無損檢測中的應(yīng)用可以得出以下結(jié)論：1）高精度探地雷達作為一種快捷、高效、準確度搞的無損檢測工具，已用于工程質(zhì)量檢測，特別是在公路橋梁預(yù)應(yīng)力管道檢測中，可推廣應(yīng)用。2）探地雷達是利用電磁波在介質(zhì)中的傳播進行探測的，然而橋梁預(yù)應(yīng)力管道處于多層鋼筋和混凝土的包裹之中，雷達電磁波受到鋼筋間的相互干擾、邊界條件、混凝土內(nèi)部缺陷等影響下的傳播規(guī)律，有待于我們進一步的研究。參考文獻：徐建達，楊超，季文洪，等.預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量無損檢測技術(shù)綜述[C]//第十四屆全國混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土分會學(xué)術(shù)會議，2007:213-217.李大心.探地雷達方法與應(yīng)用[M].北京：地質(zhì)出版社，1994:5-7.曾昭發(fā)，劉四新，等.探地雷達方法原理與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2006:1-20.賈學(xué)明，楊建國，賴思靜.探地雷達在道路工程檢測中