探地雷达在桥梁工程检测中的应用研究

探地雷达在桥梁工程检测中的应用研究

周绿野

贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司  贵州  贵阳  550000

摘要：桥梁作为一种社会基础设施，它与公路、隧道、铁路、港口、机场等一起，在我国的交通建设和国民生活中扮演着不可取代的角色。自改革开放至今，我国的交通建设发展速度之快，规模之大，已是举世瞩目。随着我国公路桥梁的发展，预应力混凝土桥梁已经成为我国桥梁工程的主要组成部分。但是，由于预应力管线的压浆不够充分，导致预应力钢筋锈蚀、有效预应力下降等问题，对钢筋的防腐、安全、耐久性产生了很大的影响。文章对探地雷达在桥梁工程探测中的工作原理进行了分析，并对其在实际应用中的应用进行了简单的介绍，对有关领域的工作具有一定的借鉴意义。

关键词：探地雷达；桥梁工程；应用

引言：在正常使用期间，混凝土结构的材料会随著时间的流逝而逐渐老化，产生损害，并逐步恶化。预应力混凝土桥梁的失效主要是由于预应力钢筋的腐蚀、预应力钢筋的腐蚀、预应力钢筋的腐蚀、预应力钢筋的破坏、有效预应力的减小、结构开裂的发生和发展，都会对桥梁的耐久性和正常的使用性能造成很大的影响，甚至会对结构的安全造成威胁。但是，对于这些问题，我国至今尚无一套行之有效的检验与评估手段，很多地方都有很大的缺陷，有的地方甚至是一片空白。因此，在桥梁工程中进行探测与探测，是确保其耐用性与安全性的关键。

一、探地雷达技术简介

探地雷达是一种利用高频电磁波测量介质中物质的分布规律的地球物理学方法。该系统与其它检测技术相比，具有如下特征：①分辨率高，工作频率达到5GHz；②无损伤或无接触；③高效、轻巧、操作简便、从数据采集到图像处理的一体化、实时检测；④具有良好的抗干扰性，能够适应多种噪音环境。

探地雷达技术是将高频脉冲电磁波发射到介质中，利用回波双程走时、振幅、极性、频谱特征、反射波的形状特征等参量数据来检测。均匀，线性，各向同性介质的结合。

探地雷达设备系统由主机，显示设备，天线，电缆，电池组成，天线，天线，作为雷达系统与外部通信的桥梁。其主要功能有：①将频段电磁波辐射到靶材；②从靶子上接受回声。探地雷达的主要性能指标有：目标分辨率、探测深度、探测能力.这些参数取决于：大气与地面之间的电磁耦合；地面上的电磁波在抵达目标之前的衰减特征。

二、探地雷达在桥梁工程检测现场的采集工作

1.准备工作

每次执行探地雷达任务，都要对被探测对象的特征和周围环境有一定的认识和分析，比如目标的探测深度，目标的几何尺寸，目标的电磁性能，测量区域的工作环境。

2.测网布置

测量线路的布设是获得理想的测量效果的关键，但如果布设不当，测量效果不理想。测量线路的布设有两个要点：

2.1关注探测目标体是二维体还是三维体

对于二维物体，测量线应相互平行，垂直目标轴向排列；若为三维结构，则应以网格形式布置测线。在测量期间，要及时进行现场标志，其中包括测线、测线等。

2.2关注要求的分辨率及目标体的水平尺寸的大小

测量线间距必须小于或等于分辨率标高和目标水平标高。测线的布置因探测目的而有所不同，但总体上的原则是：在对钢筋、预应力束进行横向、纵向测线时，采用与钢束平行或垂直的方式进行，纵向测线有助于确定钢筋定位，采用平行测线可以更好地跟踪浅层钢筋、钢绞线的线型。

3.检测参数的选择

探地雷达的探测参数有：介质常数，探测深度，时间窗口，扫描点数，波速校准等。

三、桥梁工程探地雷达检测数据处理与解释

从探地雷达获取的原始资料中，不仅含有有用的资料，而且还含有噪音等多种干扰，而且由于在介质中传播，雷达的能量会减弱，波幅会变小，因此必须对其进行数据处理，从而获得更好的解释结果。为了从数据中提取振幅、速度、相位、频率等特征信息，有助于解释者更好地理解数据。

1.数据处理

1.1去直流漂移

因为接收天线接收到的信号中包含了直流偏移，所以在雷达的T-D截面上，信号会变成正、负、正、负两个不对称，所以在进行其它处理之前，必须要排除或者抑制直流分量。处理方法是把这些数据加起来，用取样点除以平均，再把这些数据减去，这样就可以得到经过处理的结果。

1.2数字滤波

在探地雷达测量中，为了尽量保存资料，一般都是全通记录，使有效波与干扰波都能同时被记录，所以需要通过过滤技术进行有效的检测。高通频率通常是天线频率的六分之一，超过此频率的讯号会平稳地通过，与带通滤波器中的低频相同。低通频率通常是两倍于天线频率的，在这个频率以下的波会平稳地通过，与带通滤波器中的高截面频率相对应。

1.3振幅处理

由于工程介质的吸波和电磁波自身的传播，使得天线所受的波振幅沿时间轴呈递减趋势。为保证只考虑反射层的振幅，必须对其进行幅度恢复。

1.4偏移归位

因为探地雷达能够接收到从地下介质中传来的反射波，所以，任何与测量点相交的地面上的反射点，都会被雷达接收到。数据处理时，必须将所记录到的各反射点移动到原来的位置，即所谓的偏移回位，利用偏移的方式，可以使雷达在T-D剖面上得到真实的反映。第二种是基于光线理论的偏移法。

1.5增益

由于雷达的能量会被介质吸收，强度会降低，因此需要将接收到的探测雷达波信号进行放大或者补偿。

2.数据解释

雷达波的解析要从理论上和实际上进行，而雷达波相分析的关键在于识别反射波的时间、幅值、极性特征、反射波的光谱特征、反射波的光谱特征、波的形状特征等。

2.1反射波的时间振幅与方向识别

一般情况下，时间的辨识都很简单，振幅的辨识很简单，振幅的辨识并不难，但极性的辨识却很难。在介质相交的两个介质的电磁特性差别较大时，其反射的强度和幅度较大；当波由低波速进入高波速介质时，也就是由光密封件进入光疏介质，其反射率为正，且其极化方向与入射波同向。相反，当雷达波由高速进入低速时，其反射率呈负值，且其极化方向与入射波相反，其幅度及方位特性可作为判别雷达波的基础。

2.2反射波的频谱特性的识别

由于不同的工程介质，其内部的构造特征也不尽相同，因此，接收端接收的电磁波的高、低频率特性也有很大的差异，因此，可以用来区分材料间的差异。由于混凝土的内部构造均匀，且岩体内部构造比较复杂，因此在凝土中仅有少量的反射，仅在有缺陷处有散射。

2.3反射波同相轴形态特征的识别

由于在同一连续界面上，雷达的反射信号形成了同相轴，所以根据同相轴的时间、强度、形状、方向等来进行解释和判断，是进行地震勘探的最基本的依据。同相轴的形状和埋入的边界形状不完全相同，尤其是边缘的散射作用，导致边界态差别很大。地下孤立的埋设物，其散射波的共相轴为抛物线，因其位置的移动而成抛物线，混凝土中钢筋和地下管线的散射影像都是抛物线。

四、桥梁工程探地雷达常见波形特征

因为在相同的介质中，反射波的折射、反射和能量衰减等都有类似的作用，因此雷达在邻近信道上的反射波的波形特性（波形、周期、幅度等）也类似。混凝土：混凝土在同一相轴上振捣，等色线平行；振动不均时，混凝土的振动波形状不规则，同相轴受到干扰。钢管和钢管：单根钢管或钢管的波浪形状呈上升的曲线，拱顶为钢管或钢管顶端；由于受邻近的钢筋或管子的影响，其波形由原来的曲线变为尖峰，其顶端就是钢管或钢管的顶端。裂纹：同相轴断裂，裂纹愈深，同相轴断裂愈多。孔洞：雷达波极性反向，产生类似于孔洞的形状和尺寸，并且与周边介质的颜色不同。

参考文献：

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