文/毛訓(xùn)濤、曾德榮

1 前言

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，探地雷達(dá)技術(shù)逐步應(yīng)用到橋梁混凝土質(zhì)量檢測(cè)中，進(jìn)而對(duì)鋼筋與鋼筋保護(hù)層檢測(cè)起到良好效果，但是這并不能從根本上消除質(zhì)量問(wèn)題，還需要我們加強(qiáng)分析和研究。比如單天線覆蓋范圍比較小、測(cè)量效率比較低、檢測(cè)深度淺、二維雷達(dá)檢測(cè)圖像抽象，且檢測(cè)設(shè)備或者人員素質(zhì)比較低，最終造成檢測(cè)結(jié)果缺乏有效性，混凝土橋梁的質(zhì)量難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，探地雷達(dá)在公路橋梁混凝土檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用受到極大限制。三維雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)可以真實(shí)地體現(xiàn)出橋梁混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，探測(cè)范圍也比較大，因此能夠滿足橋梁混凝土工程質(zhì)量控制的需要。

2 三維雷達(dá)工作基本原理

探地雷達(dá)通常也可以叫作脈沖雷達(dá)或者透視雷達(dá)，其工作原理是通過(guò)電磁脈沖技術(shù)探測(cè)與分析地下物質(zhì)。通過(guò)探地雷達(dá)可以準(zhǔn)確地進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的三維檢測(cè)，最終生成質(zhì)量水平較高的三維圖形。檢測(cè)前需要在規(guī)定范圍內(nèi)設(shè)置天線振子，并組合成為多個(gè)通道形式，提升天線加密的效果，保證其所形成的3D 圖像符合檢測(cè)需要，保障探測(cè)的精度。本文在研究過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用多天線技術(shù)、天線交叉技術(shù)組合而成的多極化陣列天線分析橋梁尺寸，以達(dá)到操作方便等要求。三維雷達(dá)系統(tǒng)通過(guò)使用三組天線的方式進(jìn)行，并組合成為品字形的測(cè)量范圍。由于三組天線以品字形方式布置，所以可以給不同方向的目標(biāo)物發(fā)射信號(hào)，同時(shí)根據(jù)不同部位上接收信號(hào)的時(shí)間差計(jì)算確定距離參數(shù)。探頭內(nèi)處理器要結(jié)合規(guī)定算法按照相同埋設(shè)物質(zhì)的不同天線信號(hào)數(shù)據(jù)實(shí)施探測(cè)結(jié)果修正，提高測(cè)量精度，滿足探測(cè)使用的需要，保證混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量，掌握探測(cè)精度，全面提升橋梁工程質(zhì)量水平[1]。

3 結(jié)構(gòu)參數(shù)選取

探地雷達(dá)在檢測(cè)中主要是通過(guò)超寬天線進(jìn)行，頻帶為f0/2～3f0/2，其中f0 是天線的中心頻率數(shù)據(jù)。按照橋梁鋼筋混凝土的標(biāo)準(zhǔn)分析發(fā)現(xiàn)，鋼筋結(jié)構(gòu)設(shè)置距離通常是10cm，然后減去鋼筋直徑，網(wǎng)格尺寸可以根據(jù)8cm 來(lái)計(jì)算確定，此時(shí)可以確定出穿透單層鋼筋網(wǎng)電磁波的最大波長(zhǎng)為32cm，且分析確定橋梁混凝土應(yīng)用的是雙層鋼筋形式，雙層鋼筋上下網(wǎng)孔并不是一一對(duì)應(yīng)。最極端的狀態(tài)下兩層鋼筋交錯(cuò)設(shè)施，也就是下層鋼筋正好在上層鋼筋的兩條鋼筋縫隙部位，由此需要縮小網(wǎng)間距4cm，并以此確定雷達(dá)天線在混凝土內(nèi)最大波長(zhǎng)為16cm?；炷两殡姵?shù)為8，電磁波在混凝土內(nèi)傳播最大波長(zhǎng)是16cm。計(jì)算確定空氣內(nèi)最大波長(zhǎng)h 為45cm，此時(shí)與之對(duì)應(yīng)天線最低頻率為660MHz。根據(jù)探地雷達(dá)頻率范圍可以計(jì)算確定中心頻率是1.3GHz。

4 三維雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)數(shù)據(jù)收集分析

4.1 合理設(shè)置測(cè)線位置

承臺(tái)檢測(cè)總計(jì)需要布置A、B、C、D、E、F的6個(gè)測(cè)試區(qū)，具體的設(shè)置位置可見下圖1。

圖1 測(cè)線分布位置圖

A 測(cè)試區(qū)：設(shè) 置4 條測(cè) 線，1～2 間距40cm，2～3間距40cm，3～4 間距20cm。

B 測(cè)試區(qū)：設(shè)置7 條測(cè)線，任意兩條間距均為40cm。

C 測(cè)試區(qū)：設(shè)置4 條測(cè)線，任意兩條間距均為40cm。

D 測(cè)試區(qū)：設(shè) 置7 條測(cè) 線，1～2 間距40cm，2～3間距40cm，3～4 間距40cm，4～5 間距40cm，5～6 間距80cm，6～7 間距40cm。

E測(cè)試區(qū)：設(shè)置4 條測(cè)線，任何兩條間距為40cm。

F測(cè)試區(qū)：設(shè)置3 條測(cè)線，任意兩條間距為40cm。

4.2 對(duì)探測(cè)的結(jié)果進(jìn)行分析

探地雷達(dá)把需要探測(cè)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)收集結(jié)束后，就要在系統(tǒng)內(nèi)分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息。該環(huán)節(jié)的工作與地震數(shù)據(jù)處理有著一定的相似之處，一般都是通過(guò)除零漂、增益處理、帶通濾波、道均衡等，經(jīng)過(guò)多個(gè)程序的處理后，普通干擾因素并不會(huì)給反射波造成影響，而且還可以提升探測(cè)發(fā)射的精度，保證檢測(cè)工作順利進(jìn)行，為檢測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量提升起到良好的促進(jìn)作用。

4.2.1 A測(cè)試區(qū)的探測(cè)結(jié)果

A 測(cè)區(qū)分布有4 條測(cè)線，各個(gè)線路之間的間距設(shè)定為40cm、40cm、20cm。

A 測(cè)區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)寬度尺寸為1.2m，上述的測(cè)線分布方式能夠直接將整個(gè)測(cè)量區(qū)域進(jìn)行覆蓋處理，從而有效提升數(shù)據(jù)的完整性，不會(huì)有因?yàn)閿?shù)據(jù)不完善而導(dǎo)致測(cè)量精度不足的情況，全面提升測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度。在本次檢測(cè)環(huán)節(jié)，主要是通過(guò)下述兩種方式進(jìn)行探測(cè)結(jié)果的分析。

4.2.1.1 HIRESS 高頻天線陣探測(cè)結(jié)果

4.2.1.1.1 1 號(hào)測(cè)線。該線路內(nèi)部總計(jì)有7 個(gè)通道存在，1 號(hào)測(cè)線的設(shè)置可以直接掌握和分析這7 個(gè)通道內(nèi)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)；從數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，僅有1 個(gè)通道有異常問(wèn)題。

4.2.1.1.2 2號(hào)測(cè)線。該測(cè)線中也有7 個(gè)通道，從檢測(cè)之后的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，1 號(hào)通道與1 號(hào)測(cè)線存在有相同異常點(diǎn)，其他的并未有任何異常情況發(fā)生。

4.2.1.1.3 3號(hào)測(cè)線。該測(cè)線內(nèi)并未發(fā)現(xiàn)任何異常點(diǎn)存在。

4.2.1.1.4 4號(hào)測(cè)線。該測(cè)線在圖形中也沒(méi)有任何異常點(diǎn)出現(xiàn)。

總而言之，這種天線陣列進(jìn)行A 區(qū)檢測(cè)僅有一處異常點(diǎn)，就是在1、2 號(hào)測(cè)線之間，以此可以基本確定缺陷的位置，為下一步準(zhǔn)確檢測(cè)提供基礎(chǔ)[2]。

4.2.1.2 900MHz 天線探測(cè)結(jié)果

在該方面的探測(cè)環(huán)節(jié)，所布置的各個(gè)測(cè)線都能夠獲取相應(yīng)的通道數(shù)據(jù)剖面，并且探測(cè)的深度比較淺，由此僅能夠探測(cè)出1m 左右深度位置的信號(hào)，且3、4號(hào)測(cè)線所能夠探測(cè)出來(lái)的異常點(diǎn)位置是完全一致的。經(jīng)過(guò)對(duì)A 區(qū)內(nèi)的各個(gè)雷達(dá)圖的總結(jié)和分析，形成了三維雷達(dá)圖，并總結(jié)出如下的結(jié)果：在A 區(qū)測(cè)量中進(jìn)行了各個(gè)數(shù)據(jù)剖面的分析和檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其深度尺寸為1m，且在起點(diǎn)之外的9.3m 的位置上發(fā)現(xiàn)有一個(gè)缺陷點(diǎn)存在，該點(diǎn)與頂部有60cm 的距離，南北方向的寬度尺寸為80cm，東西方向的寬度尺寸為1m[3]。

經(jīng)過(guò)上述兩種方法探測(cè)結(jié)果分析可以發(fā)現(xiàn)，兩種方式確定的異常點(diǎn)是在同一個(gè)位置上，且是同一個(gè)異常點(diǎn)，主要的形狀就是上小下大。

4.2.2 B測(cè)試區(qū)的探測(cè)結(jié)果

B 區(qū)檢測(cè)中總結(jié)設(shè)置了7 條探測(cè)線，應(yīng)用HIRESS高頻天線陣和900MHz 頻率都沒(méi)有存在任何的異常情況。

4.2.3 C測(cè)試區(qū)的探測(cè)結(jié)果

C 區(qū)探測(cè)的過(guò)程中，在應(yīng)用900MHz 天線探測(cè)過(guò)程中沒(méi)有任何異常，而應(yīng)用HIRESS 天線陣卻發(fā)現(xiàn)2號(hào)測(cè)線的3、4 通道存在問(wèn)題，其具體位置和起點(diǎn)有6.8m 的距離，深度35cm，東西寬10cm，南北寬4cm。

4.2.4 D測(cè)試區(qū)的探測(cè)結(jié)果

D 區(qū)總計(jì)設(shè)計(jì)了7 條探測(cè)線，兩兩間距為40cm。900MHz 天線探測(cè)后發(fā)現(xiàn)1、2 號(hào)測(cè)線異常部位和起點(diǎn)間距6.07m，深85cm，南北寬80cm，東西寬40cm。

4.2.5 E測(cè)試區(qū)的探測(cè)結(jié)果

E 區(qū)探測(cè)沒(méi)有任何異常問(wèn)題。

4.2.6 F測(cè)試區(qū)的探測(cè)結(jié)果

F 區(qū)探測(cè)沒(méi)有任何異常問(wèn)題。

5 探測(cè)雷達(dá)的檢測(cè)結(jié)果

在應(yīng)用兩種天線進(jìn)行承臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)的檢測(cè)后分析發(fā)現(xiàn)，本次混凝土結(jié)構(gòu)中存在一些問(wèn)題，且主要出現(xiàn)在A、C、D這3個(gè)測(cè)試區(qū)。

5.1 A 區(qū)測(cè)試經(jīng)過(guò)探測(cè)后發(fā)現(xiàn)存在有兩個(gè)異常點(diǎn)，該異常點(diǎn)和起點(diǎn)的位置上間隔距離為9.3m，其缺陷部位的形狀以上小下大的形式存在。

5.2 C區(qū)經(jīng)過(guò)探測(cè)后發(fā)現(xiàn)存在有一個(gè)異常點(diǎn)，且該位置上的異常點(diǎn)和起點(diǎn)的間距為6.8m，深度尺寸為35cm，東西方向上的寬度尺寸為10cm，南北方向上的寬度尺寸為4cm。

5.3 D 區(qū)經(jīng)過(guò)探測(cè)數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)存在有一個(gè)異常點(diǎn)，其和起點(diǎn)位置上的間距為6.07m，深度尺寸達(dá)到了85cm，并且南北方向上的寬度尺寸為80cm，東西方向上的寬度尺寸為40cm。經(jīng)過(guò)探測(cè)數(shù)據(jù)分析可知，在B、E、F 區(qū)并未存在有任何異常點(diǎn)[4]。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測(cè)中，需要全面應(yīng)用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。目前最為先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)是探地雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，它能夠快速、準(zhǔn)確地掌握混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在的缺陷和問(wèn)題，及時(shí)了解混凝土質(zhì)量情況，保證橋梁的質(zhì)量合格[5]。該技術(shù)和超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)比分析，有著連續(xù)性、便捷性、效率高、測(cè)量速度快等方面的優(yōu)勢(shì)，且橋梁質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)用后可以達(dá)到非常好的效果，能夠了解橋梁的缺陷和問(wèn)題，以便做出必要的管理和控制，所以該技術(shù)可以在更大的范圍內(nèi)推廣和應(yīng)用，促進(jìn)我國(guó)橋梁技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。