蔣玉松 陳科文

(廣西建宏建筑工程質(zhì)量檢測有限公司，廣西 桂林 541004)

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基于雷達(dá)—鉆芯擬合法的橋面鋪裝層厚度檢測

蔣玉松 陳科文

(廣西建宏建筑工程質(zhì)量檢測有限公司，廣西 桂林 541004)

利用14個橋面鋪裝層厚度鉆芯實測值，對雷達(dá)法厚度檢測值進(jìn)行擬合驗證，分析得到了雷達(dá)—鉆芯二者之間基于數(shù)學(xué)模型的函數(shù)關(guān)系式，且利用關(guān)系式，得出各測點的厚度推算值，對今后鋪裝層厚度的檢測具有一定的參考意義。

雷達(dá)法，鉆芯法，介電常數(shù)，擬合函數(shù)，厚度推算值

0 引言

伴隨道路橋梁等基建設(shè)施的發(fā)展，工程檢測任務(wù)日趨繁重。在橋梁或道路面厚度檢測中，雷達(dá)法因其檢測技術(shù)的日趨成熟及檢測設(shè)備的不斷改進(jìn)，使其逐漸成為取代傳統(tǒng)鉆芯法的常規(guī)檢測法[1]。

雷達(dá)法在工程建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用可追溯至20世紀(jì)70年代中期，經(jīng)過幾十年的發(fā)展積累了不少的研究成果和實踐經(jīng)驗[2-5]。但雷達(dá)檢測法的影響因素眾多，如噪信比、信號穩(wěn)定性、時間標(biāo)定偏差及雷達(dá)穿透能力等[1]，其中影響最為顯著的當(dāng)屬被檢物體的介電特性。應(yīng)用于道路工程建設(shè)探測時，即使是同一種介質(zhì)其介電特性也常受其組成成分及孔隙率、含水量、溫度、電磁性介質(zhì)等多種因素影響[6,7]。

本文通過橋面鋪裝層厚度的現(xiàn)場取芯實測值，結(jié)合雷達(dá)法和鉆芯法之間存在的數(shù)學(xué)關(guān)系，在忽略各影響因素的情況下，對二者進(jìn)行標(biāo)定擬合，分析得出二者之間基于數(shù)理模型的函數(shù)關(guān)系式，通過關(guān)系式將雷達(dá)法檢測結(jié)果實測值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)于鉆芯法檢測結(jié)果的鋪裝層厚度值，以達(dá)到精確測量鋪裝層厚度的目的。

1 檢測原理

雷達(dá)法在路面厚度測試中的應(yīng)用，主要是通過利用雷達(dá)儀精確測量電磁脈沖在介質(zhì)中傳播的雙程時間t及求得電磁脈沖在介質(zhì)中的傳播速度v，利用這兩個參數(shù)和介質(zhì)厚度之間存在的數(shù)學(xué)物理關(guān)系來求得路面層厚度，而上述參數(shù)中傳播速度主要受被檢介質(zhì)的介電特性控制。

介質(zhì)的介電特性通常受多因素控制，確定其數(shù)值往往是非常復(fù)雜的。表1為常見物質(zhì)的介電常數(shù)εr和電磁波傳播速度v[8]。表1中數(shù)據(jù)表明，大部分屬于同一種介質(zhì)的εr和v并非為定值，而是處于一定波動范圍內(nèi)，如混凝土。因此，若要準(zhǔn)確測定混凝土的介電常數(shù)εr值和電磁波傳播速度v值較為困難，那么通過利用現(xiàn)場取芯實測值來擬合修正雷達(dá)檢測法測試值以達(dá)到準(zhǔn)確檢測路面層厚度的目的是行之有效的方法。

表1 常見材料電磁屬性表

當(dāng)發(fā)射天線向介質(zhì)發(fā)射一系列脈沖電磁波并經(jīng)交界面反射，由接收天線接收形成時間序列后，便可得到電磁脈沖在介質(zhì)中傳播的雙程時間t。此時可利用時間t及傳播速度v，并通過式(1)來求得路面層厚度h。

(1)

其中，l為接收天線和發(fā)射天線之間的距離，m；h為路面層厚度，m；t為電磁脈沖的雙程時間，ns；v為電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，m/ns，可按式(2)計算。

(2)

其中，c為電磁波在真空中的傳播速度,0.3 m/ns；εr為介質(zhì)的相對介電常數(shù)。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

位于福建省廈門市某三跨連續(xù)全漂浮結(jié)構(gòu)鋼箱梁懸索橋，橋面全長1 108 m，寬31 m，主跨648 m。行車道寬2×14.75 m，中央分隔帶寬1.5 m，各車道示意圖見圖1。該橋已投入使用多年，現(xiàn)需對其路面層進(jìn)行維修保養(yǎng)而將整個橋面重新鋪裝瀝青面層。為了解橋面鋪裝層厚度狀況，采用本文所述方法進(jìn)行檢測。

2.2 雷達(dá)—鉆芯擬合試驗

為減少鉆芯對橋面鋪裝層的破壞與損傷，本試驗僅選取14個均勻分布的且具有代表性的檢測點進(jìn)行雷達(dá)檢測和鉆芯取樣的對比分析，現(xiàn)場實測結(jié)果見表2。通過對雷達(dá)法厚度檢測值及鉆芯法厚度實測值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計算得出二者之間基于數(shù)理模型的函數(shù)關(guān)系表達(dá)式，如式(3)所示。利用此函數(shù)式對雷達(dá)法厚度檢測值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到各測點擬合法厚度推算值，結(jié)果見表2。此外，利用各測點實測數(shù)據(jù)及函數(shù)表達(dá)式繪出如圖2所示的雷達(dá)—鉆芯關(guān)系曲線圖。

y=0.705 3x1.110 6

(3)

其中，x為雷達(dá)法厚度檢測值；y為擬合法厚度推算值。

表2 各測點路面層厚度實測結(jié)果表

檢測點號路面樁號雷達(dá)法厚度檢測值mm鉆芯法厚度實測值mm擬合法厚度推算值mm鉆芯—擬合厚度偏差值/mm厚度偏差率%鉆孔所在車道1K6+1006872.576.5+4.0+5.5出島主車道①2K5+0506368.970.3+1.4+2.0出島主車道①3K6+1005764.462.9-1.5-2.3出島主車道②4K5+8006875.376.5+1.2+1.6出島主車道②5K5+0007075.279.0+3.8+5.1出島主車道②6K6+1006066.466.6+0.2+0.3出島超車道7K5+2005768.062.9-5.1-7.5出島超車道8K5+3006067.766.6-1.1-1.6進(jìn)島主車道①9K5+3206371.370.3-1.0-1.4進(jìn)島主車道②10K6+1006881.476.5-4.9-6.0進(jìn)島主車道②11K5+0006070.566.6-3.9-5.5進(jìn)島超車道12K5+6004949.053.2+4.2+8.6進(jìn)島超車道13K6+0004143.543.6+0.1+0.2進(jìn)島超車道14K6+1006874.476.5+2.1+2.8進(jìn)島超車道

通過對表2擬合法厚度推算值和鉆芯法厚度實測值的比較可以發(fā)現(xiàn)，擬合法厚度推算值相較于鉆芯法厚度實測值的厚度偏差值介于-5.1 mm～+4.2 mm之間，厚度偏差率為-7.5%～+8.6%之間，絕對平均偏差率為3.6%。上述數(shù)據(jù)表明，本文所采用的雷達(dá)—鉆芯擬合法能較好的應(yīng)用于雷達(dá)法檢測道路鋪裝層厚度的檢測當(dāng)中，檢測結(jié)果具有代表性，能較好的反映鋪裝層的實際厚度。

3 應(yīng)用實例

基于本文所述雷達(dá)—鉆芯擬合法，對該橋橋面鋪裝層厚度采用雷達(dá)法進(jìn)行厚度探測，共計60個探測點。通過利用擬合函數(shù)關(guān)系式(3)對雷達(dá)法實測結(jié)果進(jìn)行擬合轉(zhuǎn)換后，得到鋪裝層各測點的厚度推算值，如表3所示。

表3 雷達(dá)法各測點厚度推算值

利用表3中各檢測點的厚度推算值，再根據(jù)式(4)[9]計算能表征整個橋面鋪裝層的厚度代表值XL，得到XL=62.8 mm。

(4)

通過上述工程實例可以看出，雷達(dá)法檢測路面層厚度具有以下幾個優(yōu)點：1)該法屬于無損檢測法，對路面不造成損傷；2)檢測速度快，工作效率高，適用于大范圍路面層厚度的檢測；3)可進(jìn)行連續(xù)采樣，采樣點數(shù)多，掃測范圍大，檢測結(jié)果具有更為廣泛的代表性。

此外，通過表3中各檢測點的厚度推算值及整個橋面鋪裝層的厚度代表值可以看出，本文所述雷達(dá)—鉆芯擬合法用于橋面鋪裝層厚度的檢測，具有較強的針對性，最大限度的消除雷達(dá)探測過程中受環(huán)境及物理因素的影響，通過擬合函數(shù)關(guān)系式能較為準(zhǔn)確的對雷達(dá)法厚度檢測值進(jìn)行轉(zhuǎn)換和解釋，能達(dá)到比較理想的檢測效果。

4 結(jié)論

1)本文得出雷達(dá)—鉆芯二者之間基于數(shù)學(xué)模型的函數(shù)關(guān)系式，繪出雷達(dá)—鉆芯相關(guān)曲線圖。利用函數(shù)關(guān)系式對雷達(dá)法的厚度檢測值進(jìn)行計算推定，可方便直接的得出各測點的厚度推算值。2)應(yīng)用本文所述方法可避免受介質(zhì)的環(huán)境及物理因素的影響，通過少量的鉆芯并經(jīng)一定的數(shù)據(jù)處理與分析便可對雷達(dá)檢測數(shù)值進(jìn)行解釋與推算。3)雷達(dá)—鉆芯擬合法不僅對結(jié)構(gòu)損傷小，且可實現(xiàn)大范圍檢測，并具有檢測速度快，效率高，數(shù)據(jù)處理簡單，測試精度高的優(yōu)點，對今后路面厚度的檢測工作具有一定的理論參考價值和工程實際指導(dǎo)意義。

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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

蔣玉松(1975- )，男，工程師； 陳科文(1973- )，男，工程師

U443.33

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