基于探地雷达的预应力管道定位试验研究.pdf

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1、一一G一-G一◎基于探地雷达的预应力管道定位试验研究崔鑫，陈(上海市建筑科学研究院，上海200032；勇，吴涛，陈双聪上海市工程结构安全重点实验室，上海200032)摘要：预应力管道定位是进行预应力混凝土结构病害分析和加固维修的基础。目前，国内外在预应力管道定位实际检测方面的研究较少。拟采用探地雷达法对预应力管道定位进行试验研究，分别选择SIR20和PSlooo型雷达对4个实体模型的预应力管道进行定位，试验结果表明．用探地雷达法对预应力管道进行定位是可行的，精度是满足工程精度要求的。关键词：探地雷达；预应力管道

2、；定位检测；模型试验O引言预应力混凝土技术广泛的应用于桥梁、建筑、水工结构等土木丁程中1。我国服役的预应力桥梁由于频繁承载甚至超载、环境侵蚀以及交通事故等人为事端的侵袭，预应力发生损失，影响了桥梁的寿命和安全。准确定位预应力钢筋的位置是预应力混凝土结构病害分析和加固维修的基础。为不影响结构性能，通常使用无损检测法对预应力管道进行定位，包括冲击回波法、超声波法、表面波频谱分析法、声发射法和红外热像检测法等一!也。冲击回波法受到混凝土中的缺陷(空洞、裂缝等)、结构尺寸变化、管道形状等因素影响，检测效果难以判断；超声

3、波法受到试件形状、对象测试表面粗糙程度、藕合剂等因素影响，检测效果不理想；表面波频谱分析法和红外热像检测法一般用于表面缺陷的检查，信号难以到达普通钢筋内侧的预应力管道；声发射技术要求用外荷载使结构变形发声，实际操作时不现实～蚓。本文介绍了利用探地雷达技术进行预应力管道定位的试验研究，并对试验结果进行了分析，为后续检测和维修加固工作提供有益的借鉴。1探地雷达的工作原理探地雷达是用高频电磁波来确定介质内部物质分布规律的一种地球物理方法。发射天线将高频电磁波以宽频带短脉冲的形式送入待测物体内，经目标体反射后被接收天线

4、接收。根据反射波的双程走时、极性特征、频谱特征以及形态特征等判断，达到对目标体探测的目的(见图1)。收稿日期：2016—02—15基金来源：上海市自然科学基金(13ZRl4357000)图l探地雷达的工作原理图为获得雷达探测的结果，需要对雷达记录进行处理与判读，主要有以下几条原则：(1)反射波的振幅与方向：界面两侧介质的电磁学性质差异越大，反射波越强；波从介电常数小进入介电常数大的介质时，反射系数为负，即反射波振幅反向。反之，反射波振幅与入射波同向。常见的材料介电常数如表1所示。表l常见材料介电常数表介质相对介

5、电常数电磁波传播速度／m·ns。空气1()．3水80O．033混凝土4～20O．12金属300O．017PVC3．30．16(2)反射波的频谱特性：不同介质有不同的结构特征，内部反射波的高、低频率特征明显不同，这可以作为区分不同物质界面的依据。(3)反射波同向轴形态特征：对于孤立的埋设物其反射的同向轴为向下开口的抛物线。NO．22016上冯么咯61◎s一⋯G一一2试验步骤2．1模型的设计和制作模型设计主要依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，试验模型采用楔形、长方形两种结构，各模型的尺寸、波纹管材料

6、等参数见表2。表2模型参数表编号几何尺寸波纹管类型波纹管材料1#(O．2～O．6)×1．4×l“圆形(直径10cm)金属、塑料2#(O．2～O．6)×1．4×l“圆形(直径8cm)金属、塑料3#(O．2～0．6)×1．4×1“圆形(直径6cm)金属、塑料4#O．2×1．4×1m扁管(3cm×6cm)金属模型1号～3号为楔形结构，采用C40混凝土浇筑，试块内埋设一层预应力波纹管，M1、M3、M5为塑料波纹管，M2、M4、M6为金属波纹管，其中，1号模型横断面如图2所示。模型4号为长方形结构，预埋三根金属材质的扁波

7、纹管，模型示意图如图3所示。图2l号模型横断面示意图明：E图R寸以毫米为单昆凝土标号采用C40图34号模型横断面示意图2．2试验仪器的选择试验选择两种常用仪器进行：SIR20是包含2个天线(发射和接受天线)，4个记录道的高性能地质雷达系统，配有标准的GSSI天线，可以根据探测深度采用不同频率的天线进行测试。由于这个1号～4号试块的深度范围为O．2～0．6m，根据经验和现有实验设备，选择1600MHz天线进行实验。PSl000型雷达在检测时3组天线同时工作，利用62上踢么魄№．22016时间延迟器推迟各道的发射和

8、接收时间，形成一个叠加的雷达纪录；天线阵中有三组不同频率的天线，最高频率达4．3G，不同频率天线对不同检测深度有着足够的分辨率，不同位置的天线对同一目标体有不同角度的探测。2．3试验步骤利用探地雷达进行本实验的检测流程主要包括仪器组装、布置测点或测线、设置仪器相关参数、测试、数据分析等步骤。本次实验的波纹管均为直线布置，所以检查扫描方向拟垂直于波纹管方向。利用SIR20进行检测时，每个