探地雷达检测水泥混凝土路面压浆效果的研究.pdf

第九届全国建设工程无损检铡技术学术会议论文2 0 0 6 年 探地雷达检测水泥混凝土路面 压浆效果的研究． ’ 刘松1 水中和1 刘道斌2 王武峰1占宝剑1 ( 1 武汉理工大学材料学院武汉4 3 0 0 7 0 )( 2 祝宣高速公路沥青加铺工程指挥部，湖北仙桃4 3 3 0 0 0 ) 提要：本研究采用S I R ．3 0 0 0 型探地雷选对汉宜高速公路路面改造工程中面板下压装效果进行了检测．采集的二 维，三维扫描图像能够直观地显示装体在面板下的位置及分布情况，检测结果与弯沉值和钻芯取样法检测结果吻 合良好．研究结果表明：通过分析雷达扫描图像可以方便、迅速地了解水泥混凝土面板与基层之间的界面结台情 况，准确、直观的反映压浆前后面板下结构的变化对控制压浆质量．加快旧混凝土路面的综合处治具有积极的 促进作用． 关键词；混凝土无损检测探地雷达 0 ．引言 近年来，我国高速公路的“黑色化”有相当一部分是在旧水泥混凝土面板上加铺沥青混凝 土．而1 日水泥混凝土结构由于运营年限已久，加上交通载荷的作用及地理条件、自然环境的影响， 往往使路面面板下脱空，导致路面断板甚至破碎．因此在对旧水泥混凝土路面的改造技术中，采 取板下压浆技术能够有效填充板下脱空空隙，稳定水泥混凝土面板和基层。

目前．压浆技术的质量控制以控制浆体的强度为主．对于路面板下实际压浆的效果，主要是 旁站监理，事后采用贝克曼梁弯沉仪和钻芯取样法弯沉值虽然可以反映整个面板的稳定性但 不能很好的反映压浆后板底浆体填充的情况以及浆体在板下的分布情况钴芯法虽然能够弥补以 上不足但由于该方法对水泥混凝土面板存在一定的破坏性，因此不能大量使用⋯．随着探地雷 达在公路工程中的应用日益成熟，有技术人员提出采用探地雷达法检测压浆的效果，但该法与其 它方法之间的对比不充分，检测结果的数据也不多本研究以汉( 武汉) 宜( 宜昌) 高速公路大 修工程为依托，采用探地雷达，并结合贝克曼梁弯沉仪和少量的钻芯取样对压浆效果进行了综合 检测 1 ．工程概况 汉宣高速公路东起汉阳永安，西止湖北宜昌，全长2 7 8 公里，是连接我国东、西部地区的交 通要道自1 9 9 4 年竣工以来，由于交通流量过大，车辆超载严重，加上地下水丰富，使水泥混 凝土面板出现错台、唧泥、断板甚至破碎，严重威胁行车安全．湖北省交通厅于2 0 0 4 年对汉宜 高速公路旧水泥混凝土面板进行处治并在水泥路面上加铺沥青混凝土汉宜高速公路沥青加铺工 程指挥部和武汉理工大学组织技术人员对旧混凝土路面改造成沥青路面基层做了大量研究，并采 用无损检测方法结合传统检测方法对水泥混凝土面板的处治效果进行了综合评估．利用雷达扫描 来评价压浆效果就是其中的工作之一． 湖北省吏通科技项目 刘检，男r1 9 8 2 ．硕士研究生在读．10 2 7 - 8 7 2 1 0 7 8 2 ．E r n a i l ：[ i t t s o n 9 0 0 7 f 叠1 6 3c o r n ． 第九届全国建设工程无损检测技术学术会议论文 2 0 0 6 年 2 ．基本原理 探地雷达识别脱空主要利用空洞特殊的反射波形。

图1 中左图表示混凝土面板下存在脱空， 右图为反射波形，反目t 波A 来自混凝土，空气的界面反射，反射波B 来自空气／基层的界面反射， 反射波C 是A 和B 的叠加结果．雷达图形显示的是最终的是波形C 压浆后，基层中有浆体进 入，内部部分脱空和结合松散处会被填充，由于浆体的相对介电常数与基层和水泥混凝土面板的 相对介电常数存在差异，因此在有浆体进入的地方存在强烈的反射：另外，水泥浆体进入的地方 的波形图也会发生改变因此，探地雷达能够很好的检测压浆效果““J ， 图l探地雷达识别脱空原理图 图2S Ⅲ- 3 0 0 0 地质雷达 本研究采用美国G S S I 公司生产的s 玳．3 0 0 0 型探地雷达，该雷达是由雷达主机，1 3 G H z 高 频天线以及R a d a n 6 ．0 软件组成，如图2 所示 3 ．检测实例 ． 本研究利用探地雷达分别检测：o 压浆前后混凝土面板下结构的比较：0 已经压浆完成的混 凝土面板下浆体的分布情况；o 加铺沥青面层后浆体的稳定性通过比较压浆前后和不同压浆效 果的雷达图像，弗结合弯沉值和少量芯样对雷达的检测结果进行了验证 3 ．1 压浆前后雷达图像的比较 图3 是一块需要压浆面板的二维雷达扫描图。

图4 为该板水平标距为2 ．0 m 一2 ．6 m ，垂直深 度为2 5 c m 处的三维图像压浆前该板弯沉值如表1 所示，需要压浆 表1压浆前后混凝土面板的弯沉值 图3 压浆前面板的二维雷达扫描图 图4 压浆前该面板的三维立体图 第九届全国建设工程无损检测技术学术会议论文2 0 0 5 年 从图3 可以看出．该板的面层与基层的结合界面处没有明显的反射信号存在，界面信号模糊、 不连续在图4 的三维图像中也看不到面板与基层结合的清晰界面，说明该扳存在脱空，需耍压 浆，与弯沉仪的检测结果一致 图5 是该面板压浆后的二维雷达扫描图像图6 、图7 分别是水平标距2 ．0m 一2 ．6m ，垂直 深度距面板2 5 c m 和2 8 c m 的三维立体图像与图3 相比，图5 中面板与基层结合界面处出现几 条明亮、清晰、连续的反射信号这表明水泥浆体已填充到板底脱空部位，板底脱空情况得到有 效的改善图6 、图7 反映了面板与基层间浆体的分布情，图中在2 5 c m 和2 8 c m 深处的截面上 都出现了一定量的明亮区域，这表明有新压入的水泥浆体存在压浆后弯沉值如表1 所示，分 别为0 ．0 4m I n 、0 ．0 4n l m 、0 ．0 2 r a m 、0 ．0 2 r a m ，表明该面板脱空得到有效的改善。

图5 压浆后面板的二维雷达扫描图 图6 完成压浆后2 5 c m 处截面图 图7 完成压浆后2 8 c m 处截面图 3 ．2 不同压浆效果雷达图像的比较 图8 已完成压浆后混凝土面板下二维扫描图 第九届全国建l 盘工程无损检测技术学术会议论文2 0 0 6 年 图8 是一块已完成压浆的旧混凝土面板下的二维雷达扫描图像从图8 可以发现在混凝土面板 和基层的结合界面，不同的地方，雷达图像有所不同在图中水平标尺O 一1 ．8 r n 左右，界面明显， 界面处反射强烈，线条连续、清晰，这是由于压浆材料填充到面板与基层之间，新灌入的水泥浆 体的相对介电常数比旧混凝土要大许多．使得界面处的反射强烈，故认为新压入水泥浆体基本上 填充到以前存在的空隙，消除了太部分的脱空在图中水平标尺1 ．8m 一4 ．5m 左右，界面模糊、 黯淡，反射较弱且出现水平线条断开的情形，说明面层与基层问的结合松散，局部存在脱空，而 且压入的水泥浆体没有进入到该位置 图9A 点处钻取芯样 图1 0B 点处钻取芯样 为了验证雷达检测的结果，分别在点A 一1 ．2m ，B 一3 ．6m 处钻取芯样，如图8 所示，芯样 如图9 、图1 0 所示。

图9 显示芯样A 在面板与基层之间填充有1 8m r l l 厚的水泥浆体，并且浆体 密实，与面板粘结紧密图1 0 显示芯样B 既没有粘结新压入的水泥浆体，也没有粘有基层的泥 沙，这表明此处面层与基层结合松散，而且压入的水泥浆体没有填充到此处压浆后面板的弯沉 值分别为O ．0 2m m 、0 ．0 4i R l n 、0 ．1 2m m 、0 ．1 4 m m ，同时也表明在面板的一侧还存在一定程度的脱 空．需要复压 通过钻芯取样和弯沉测量表明，芯样检测和弯沉测量结果与雷达扫描图像的结果吻合对雷 达扫描图像的分析可以判断浆体在面板与基层问的填充情况 3 _ 3 不同时期压浆面板的雷达扫描图像 图1 1 、1 2 、1 3 是压浆后面板不同时期的二维雷达扫描图其中图1 1 为压浆前水泥混凝土面板 下的二维雷达扫描图，图1 2 为压浆完成3 天后水泥混凝土面板下的二维雷达扫描图，图1 3 为一个 月后加铺沥青面层后路面下结构的二维雷达扫描图 图1 l 压浆前面板下的二维雷达扫描图像 图1 2 压浆完成3 d 后面板下二维雷达扫描图像 第九届全国建设工程无损检测技术学术会议论文 2 0 0 6 年 图1 1 显示水泥混凝土面层与基层界面结合处，没有明显的反射存在，需要压浆。

图1 2 表明面 板经压浆处理后，此时面层与基层冕面结合处发射信号强烈，表明有浆体填充到混凝上面板与基 层之间 路面在完成压浆处理后，在水泥混凝上面板上加铺了一层约1 5 c m 厚沥青面层由于沥青混 凝土与水泥混凝土的相对介电常数存有一定的差异，使得电磁波在沥青面层与水泥混凝土面层的 界面上发生较强反射从图1 3 可以发现，经过一个月的时问，混凝土层与基层界面反射信号仍然 明显，这是由于压浆材料水灰比较大，即使经过了较长地凝固时间，其相对介电常数与周围介质 相比仍然有较大地差异，电磁波会在该层发生较强的反射图1 3 说明经过一个月后，浆体与水泥 混凝土面层及基层的结合仍然稳定 图1 3 加铺沥青面层后路面的二维扫描图像 通过以上分析，采集压浆前后雷达扫描图像，分析面板与基层结合处的反射情况，同时比较 同一面板不同位置的图像，可以较为简便、准确的了解浆体在面板与基层间的分布情况 4 ．结论 利用探地雷达法可以检测压浆效果，采集的二维、三维扫描图像能够直观的反映水泥混凝土 面板与基层间的结构变化，且图像给出的信息与弯沉法及钻芯取样法得到的结果具有良好的对应 关系通过对雷达图像的解读分析，可以准确地了解新压入浆体的位置及分布情况。

该方法在汉 宜高速公路大修工程中得到了应用，并取得了良好的经济和社会效益 参考文献 【1 】1 詹必浩，玄东兴等压浆材料及施工技术研究【J 】．武汉理工大学报，2 0 0 3 ，( 1 2 ) ：9 5 ～9 8 【2 】刘传孝．探地雷达空洞探测机理研究及应用实例分析【J 】．岩石力学与工程学报，2 0 0 0 ，( 3 ) ：2 3 8 ～ ● 2 4 1 ． 【3 】李大心．公路工程质量的探地雷达检测技术田．中国地质大学学报，1 9 9 6 ，2 1 ( 1 6 ) ：6 6 1 ～6 6 4 ．5 5 。