使用GPR估算桥梁结构的壁厚
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使用GPR估算桥梁结构的壁厚

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沿着9号国道的萨拉托加河大桥 (图1) 建于1902年,它使萨拉托加市和加利福尼亚州的费尔顿社区之间建立了安全稳定的连接。 这座桥有一个两跨,填土的混凝土拱门,上面有瓦砾ma石1 墙壁。 以前的调查没有发现桥基处有钢筋的证据2 或在码头3。 这些结构上的缺陷,再加上砂浆接缝的劣化,使得该桥在地震事件中容易受到损坏,特别是考虑到它靠近距离约半英里的San Andreas断层系统。

图1
9号州际公路萨拉托加河大桥项目所在地。

由于这些问题,桥梁需要更换或进行大规模翻新。 选择的前进方式是“混合式”桥梁设计,即在现有桥梁的主体内建造一座新的钢梁桥,并用现有的砖石墙和石拱作为立面,以掩盖新的支撑柱。 该设计保留了现有石桥(具有强大的本地支撑)的外观和感觉,同时还确保了结构在地震中幸存下来,并且是完成施工的最快方法。

为了协助进行混合桥梁设计,加州交通运输局(加利福尼亚州交通部)的地球物理和地质部门(GGB)负责在2020年2010月确定桥梁结构的混凝土拱和瓦砾石砌墙的施工细节。桥梁结构已在XNUMX年通过GPR成功进行了调查,因此GPR被选为该无损评估项目。

目的是找到顶部和底部的混凝土拱的厚度,砌体瓦砾墙的厚度以及混凝土墩的深度。

调查结果

对于墙面测量,使用pulseEKKO®PRO 500 MHz中心频率传感器从顶部开始垂直获取单向轮廓,并将其安装在自定义机架上,并可以从桥面进行访问 (图2,左)。 为了进入较难到达的拱门和墙壁部分,使用了探路卡车 (图2,右)。 在桥的混凝土拱的底部和顶部还收集了多条线。

图2
GPR线数据收集使用桥基台上的pulseEKKO®PRO 500(左)和100墩混凝土桥上的Conquest®2(右)。

图3 显示了沿桥的非钢筋混凝土拱形,中柱以及2号墩台和3号桥台的拱形墙收集的所有GPR线。

由于本次调查的GPR工作仅限于两天,因此所有数据均已收集并保存在GPR系统上的不同项目中,并在EKKO_Project中进行处理TM GPR软件可获得估算的厚度测量值。 为了获得准确的GPR波速估计值,在3号桥台的混凝土拱形底部钻了一个芯孔 (图3,右) 测量桥梁的壁厚。 通过将来自岩心的壁厚与从壁背面反射的GPR反射时间相关联,可以计算出GPR波速。 假定该速度代表混凝土墙的其余部分。

图3
GPR线数据在萨拉托加大桥上标注位置的估计壁厚处收集。 实线表示在北壁上收集的数据,虚线是在南壁上收集的数据。 沿基台3向下的厚度测量结果表明,壁厚朝底部增大。

假设砂岩块壁与桥壁之间的填充土之间存在良好的介电对比,则从GPR数据解释和发现壁厚非常简单。 GPR横截面显示了从均匀雷达反射到散射雷达反射的过渡,这被解释为从墙到瓦砾填充的过渡 (图4).

除了从GPR数据成功测量底部和拱顶处混凝土拱的壁厚外,他们还能够确认桥基3处壁上是否存在面糊(倾斜的斜面),因为估计的壁厚似乎是向墙的底部增加 (图4,右)。 2号墩的结果提供了更多的见解,GPR数据表明中心柱和跨度壁的厚度相对恒定 (图4,左),表示没有面糊。 它还强调了与基台3相比,翼d壁明显更薄 (图3,左).

图4
GPR横截面数据显示了在4.12号墩(左)上方的北墙中心柱上观察到的近似平均柱厚(2 ft),并且在基台3处壁厚的变化确认了击球面的存在(右)。

结论

GGB收到桥梁设计团队的积极反馈,认为GPR的解释提供了宝贵的细节,可以起草其最终设计以保护现有桥梁。 混合“桥中桥”设计已被接受,并且建设计划于2022年XNUMX月开始。

数据来自Caltrans的Bill Owen。

脚注:

1 跨度是由拱,桥的顶部或桥面以及任何垂直结构元素形成的三角形空间。
2 桥基是桥基础的一部分,位于桥两端的地面上。
3 桥墩是横跨桥台之间的桥面跨度的主要支撑柱。

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