浅谈地质雷达在道路桥梁病害处理过程中的应用

■许旻宁 ■厦门百城建设投资有限公司，福建 厦门 361000

1 工程概况

沈海高速田集连接线位于厦门市集美区，全长5.5km，是连接沈海高速厦门出口和厦门市区的重要道路。该道路于20 世纪90 年代中期通车。由于该道路(厦门大桥—集美大道段)位于杏林湾软基地段，软基深度可达15m 以上，路基沉降严重，特别是路桥连接段大都出现跳车情况。自道路建成以来，虽经道路养护部门屡次重铺路面，但效果不明显。2011 年，厦门市政府组织对田集连接线路面进行路面拓宽改造，并对全线病害进行较为彻底的处置。以下仅用该项目K5 +244 小桥涵处置作为工程实例。

2 探测仪器及原理

2.1 仪器设备

地质雷达系统简介:

探地雷达是一种宽带高频电磁波信号探测方法，它是利用电磁波信号在物体内部传播时电磁波的运动特点进行探测的。雷达组成和工作原理及其探测方法如下:

地质雷达系统主要由以下几部分组成(图1):

图1 雷达系统组成示意图

(1)控制单元:控制单元是整个雷达系统的管理器，计算机(32 位处理器)对如何测量给出详细的指令。系统由控制单元控制着发射机和接收机，同时跟踪当前的位置和时间。

(2)发射机:发射机根据控制单元的指令，产生相应频率的电信号并由发射天线将一定频率的电信号转换为电磁波信号向地下发射，其中电磁信号主要能量集中于被研究的介质方向传播。

(3)接收机:接收机把接收天线接收到的电磁波信号转换成电信号并以数字信息方式进行存贮。

(4)电源、光缆、通讯电缆、触发盒、测量轮等辅助元件。

本次工作使用意大利产IDS 地质雷达，选用600MHz 屏蔽天线。测试参数如下:

叠加次数:8

窗口时间:50(ns)

触发方式:滚轮触发

2.2 基本原理

探地雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)依据电磁波脉冲在地下传播的原理进行工作。发射天线将高频(106～109Hz 或更高)的电磁波以宽带短脉冲形式送入地下，被地下介质(或埋藏物)反射，然后由接收天线接收，示意图见图2。

图2 雷达探测原理示意图

根据电磁波理论，当雷达脉冲在地下传播过程中，遇到不同电性介质交界面时，由于上下介质的电磁特性不同而产生折射和反射。

使用相应雷达资料处理软件，进行资料处理，对数据文件进行了预处理、增益调整、滤波和成图等方法的处理。最终得到测线的成果图，以此对地下地质情况进行预报。

本次探测采用探地雷达法。

探地雷达发射天线以宽带短脉冲电磁波信号定向送入地下，当遇到物体存在电性差异的界面时，电磁波便发生反射，返回地面的电磁波反射信号由接收天线接收，并由采集系统以记录形式记录下来。

3 成果分析

由于探测环境比较复杂，高速公路车辆来回穿梭，采集数据是比较麻烦，可能会对数据产生微量的偏差。本报告主要多K5 +244 右幅涵洞进行分析。

4 探测结论(见表1)

表1 探测结论表

5 病害处置

注浆是治理板底脱空的有效手段，它通过向脱空区域压入水泥浆填充板下空隙，水泥浆凝固后在基层和旧板之间形成紧密粘结，从而恢复面板与基层的整体性，改善面板的受力特性。根据田集连接线的实际现场情况，本项目采用注浆法处理板底脱空。

5.1 布孔

混凝土灌注孔采用130mm 孔径，采用岩芯钻机成孔，深度2 米(以钻穿空洞顶板为原则)，以原田集线右幅老路基中心向路基两侧间距3m;沿台被外侧1m 设置注浆孔位，布孔时应尽量避开轮迹带和裂缝。孔位及编号如图3 所示:

5.2 钻孔取芯

按设计要求钻孔深度基本为2m 左右。依钻孔揭示的地下情况来看:0～0.2m 为沥青砼路面;其下为0.4～0.6m 的钢筋砼搭板较破碎;搭板下广泛分布0.4～0.7m 深的空穴(腔);底部为较松散中粗砂层。与雷达检测资料基本吻合。

5.3 注浆管设置

图3 孔位及编号示意图

在注浆孔中设置导浆花管。导浆花管采用PVC 管制作，管长大于孔深15～20cm，管口经加工与输浆管联接，在套管壁呈梅花状间距20cm 左右;孔径≯8mm 设置侧孔。注浆管下入后随即用速凝剂拌合的水泥砂浆与孔壁密封。

5.4 制浆

水泥按设计要求选用优质42.5 级红狮水泥，粉煤灰、水和外掺剂按比例(42.5 水泥:二级粉煤灰:水:早强剂:膨胀剂:减水剂=1:2:1.5:0.03:0.01:0.001)混拌而成，注浆材料的投放顺序为:水—外加剂—水泥—粉煤灰。按配合比将材料在灰浆拌和机中拌和，至均匀无灰团方可使用，使用中持续拌和，防止沉淀。浆液配制时特别注意控制好用水量，遵循水灰比过小不易渗入板底空隙，水灰比过大浆液强度难以达到同时会加大水泥浆的硬化收缩的规律，经调整试验采用:水灰比0.6:密度1.71。

5.5 注浆

注浆过程严格按照设计要求，将注浆管与套管连接，注浆完毕需拆除时，需等压力表显示为零时方可拆卸，注浆顺序应先从台被两侧开始，先灌注两侧，最后灌注中央，注浆基本采用缓慢、均匀、分序、间歇地进行。注浆的全过程随时注意观察巡视桥(涵)内、台帽或两侧浆液溢出，及时采取封堵或间歇措施。注浆过程中有个别孔发现浆液灌满后沿台帽顶外溢无法封堵经间歇灌注处理后结束单孔注浆。灌浆施工对于达到设计要求结束灌注的孔均采用木塞对该孔封堵保压，防止浆液反溢，造成填充不饱和。注浆施工过程中，准备了专用的清洗水源，及时将路面上的浆体冲冼干净，尽力保持路面整洁。注浆结束后，及时对注浆孔实施封堵抹平。

5.6 结果

注浆结束7d 于2012 年8 月21 日由总监办主持、业主代表、设计代表、我项目部生产技术负责人联合参加对注浆加固区域采用钻芯取样的办法，检验注浆后台被加固效果。依据钻芯过程及芯样鉴别，本台背灌浆充填密实，未钻穿砂层部位无漏水现象，达到了设计要求指标。

6 结语

通过注浆前后的两次检测结果对比，可以确认注浆充填了原来脱空体中的大量孔隙，桥台台背基础介质的密实度得到了提高，进而提高了地基基础的承载力，进一步保证了桥台搭板的结构安全，同时也验证了地质雷达在路桥连接段脱空体检测上的有效性。

可以看出，地质雷达作为一种先进的无损检测设备，其优势明显，具有快速、高效、无损、特征明显的特点，广泛、全面地应用于工程质量检测和生产活动中，解决众多工程问题。但由于物探技术的局限性，地质雷达对注浆检测效果的定量分析，还有待于在此基础上进一步完善。

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