本发明属于岩土工程检测与测试技术领域，具体涉及一种用于大型排水箱涵结构性缺陷的检测评估方法。
背景技术：
大型排水箱涵是城市排水体系的重要基础措施，承担着确保城市污水收集、运输和治理，维护城市日常运行的重要作用。随着城市建设快速发展，交通日趋繁忙，道路负荷的加重、道路扩宽改造及其他周边工程活动影响越来越多，导致现阶段普遍处于年久失修的大型排水箱涵存在一定的安全隐患。其中大型排水箱涵的渗漏现象时有发生，经过开挖发现，渗漏的大部分原因来自于箱涵整体结构受到破坏，比如长期浸泡在污水中，箱涵内侧表层混凝土受到污水冲刷遭受腐蚀，使得箱涵内部结构钢筋常出现腐蚀严重的现象。
箱涵内部钢筋在一定程度上维持着箱涵的整体结构，若内部钢筋腐蚀严重，箱涵的整体结构会受到影响，不仅缩短了结构体系的使用寿命，增加了养护成本，也给城市污水的日常处理带来不利影响，严重危及城市正常运营的秩序。
技术实现要素：
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种用于大型排水箱涵结构性缺陷的检测评估方法，该检测评估方法在排水箱涵表面布置若干检测测线，通过利用超声映像装置、地质雷达、三维超声成像仪中的一种或多种组合沿检测测线移动以对排水箱涵内混凝土顶板进行检测，以获知混凝土顶板内的底部保护层腐蚀情况和钢筋腐蚀情况，并进行排水箱涵的结构性缺陷等级评估。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种用于大型排水箱涵结构性缺陷的检测评估方法，其特征在于所述检测评估方法包括以下步骤：在所述排水箱涵的混凝土顶板上表面上布置至少一条检测测线；利用超声映像装置、地质雷达、三维超声成像仪中的一种或多种组合沿所述检测测线移动以对所述混凝土顶板进行检测，以检测获得所述排水箱涵上的所述混凝土顶板当前厚度d、所述混凝土顶板中的底部箍筋底距所述混凝土顶板上表面的距离d1以及所述混凝土顶板中的底部主筋顶距所述混凝土顶板上表面的距离d2；将检测获得的数据同所述排水箱涵中所述混凝土顶板的竣工厚度d3、所述混凝土顶板中所述底部箍筋的竣工直径d1、所述混凝土顶板中所述底部主筋的竣工直径d2以及所述混凝土顶板上的底部保护层的竣工厚度d4进行比较，以评估所述排水箱涵的结构性缺陷等级。
所述检测测线可以是主筋检测测线、箍筋检测测线中的一种或两种；所述主筋检测测线与所述排水箱涵内主筋的布置方向呈80°-90°的夹角；所述箍筋检测测线与所述排水箱涵内箍筋的布置方向呈80°-90°的夹角。
所述检测测线布置于所述排水箱涵的上表面、两侧面上的一处或多处。
所述排水箱涵的结构性缺陷等级评估方法为：
（1）若d-d1≥3cm，则所述排水箱涵的结构性缺陷处于第一级别，表明所述混凝土顶板上的所述底部保护层完好或受到部分腐蚀，无需进行修复，可正常运营使用；
（2）若d-d1=0±0.2cm，则所述排水箱涵的结构性缺陷处于第二级别，表明所述混凝土顶板上的所述底部保护层受到完全腐蚀，需要采取保护措施，可正常运营使用；
（3）若d-d2=d2±0.2cm，则所述排水箱涵的结构性缺陷处于第三级别，表明所述混凝土顶板上的所述底部保护层受到完全腐蚀且所述底部箍筋锈断，所述底部主筋完好或受到部分腐蚀，所述排水箱涵需要进行修复，修复后可正常运营使用；
（4）若d3-d≥d4+d1+d2cm，则所述排水箱涵的结构性缺陷处于第四级别，表明所述混凝土顶板上的所述底部保护层受到完全腐蚀且所述底部箍筋和所述底部主筋锈断，所述排水箱涵已不能安全运营，且需要停止运营使用。
所述超声映像装置的检测方法为：将由超声波发射探头和超声波接收探头组合而成的所述超声映像装置布置于所述检测测线的首个测点上，利用所述超声映像装置对所述测点处的所述排水箱涵的所述混凝土顶板进行检测，所述超声波发射探头向所述排水箱涵内发射超声波信号，所述超声波接收探头接收来自于所述排水箱涵内反射回的超声波反射信号；沿所述检测测线依次完成其上其余测点位置处的检测，所获得的所述超声波反射信号经数据处理后获得超声映像法剖面图。
在所述超声映像法剖面图中，所述混凝土顶板内的所述底部主筋或所述底部箍筋位置表现为与周围混凝土介质的分界面处产生差异的超声波反射信号，以确定所述混凝土顶板中的底部箍筋底距所述混凝土顶板上表面的距离d1以及所述混凝土顶板中的底部主筋顶距所述混凝土顶板上表面的距离d2；且在所述超声映像法剖面图中，所述混凝土顶板下表面与所述排水箱涵内部污水或空气分界面之处表现为产生差异的超声波反射信号，以确定所述混凝土顶板当前厚度d。
所述地质雷达的检测方法为：将由发射天线和接收天线以固定间距组合而成的所述地质雷达布置于所述检测测线的首个测点上，利用所述地质雷达对所述测点处的所述排水箱涵的所述混凝土顶板进行检测，所述发射天线向所述排水箱涵内发射高频电磁波信号，所述接收天线接收来自于所述排水箱涵内反射回的高频电磁波反射信号；沿所述检测测线依次完成其上其余测点位置处的检测，所获得的所述高频电磁波反射信号经数据处理后获得地质雷达法剖面图。
在所述地质雷达剖面图中，所述混凝土顶板内的所述底部主筋或所述底部箍筋位置表现为与周围混凝土介质的分界面处产生差异的高频电磁波反射信号，以确定所述混凝土顶板中的底部箍筋底距所述混凝土顶板上表面的距离d1以及所述混凝土顶板中的底部主筋顶距所述混凝土顶板上表面的距离d2；且在所述地质雷达剖面图中，所述混凝土顶板下表面与所述排水箱涵内部污水或空气分界面之处表现为产生差异的高频电磁波信号，以确定所述混凝土顶板当前厚度d。
所述三维超声成像仪的检测方法为：将所述三维超声成像仪布置于所述检测测线的首个测点上，所述三维超声成像仪上布置有至少两排超声波探头；所述三维超声成像仪中的一排所述超声波探头向所述排水箱涵内发射超声波信号，所述三维超声成像仪中所述一排超声波探头单侧的其余排的所述超声波探头接收来自于所述排水箱涵内反射回的超声波反射信号；待完成所述首个测点处的检测之后，沿所述检测测线移动所述三维超声成像仪完成其上其余测点位置处的检测；利用所述三维超声成像仪依次对各条所述检测测线进行检测获得超声波反射信号，并将所述超声波反射信号进行数据处理获得三维超声成像法成果图。
在所述三维超声成像法成果图中，所述混凝土顶板内的所述底部主筋或所述底部箍筋位置表现为与周围混凝土介质的分界面处产生差异的超声波反射信号，以确定所述混凝土顶板中的底部箍筋底距所述混凝土顶板上表面的距离d1以及所述混凝土顶板中的底部主筋顶距所述混凝土顶板上表面的距离d2；且在所述三维超声成像法成果图中，所述混凝土顶板下表面与所述排水箱涵内部污水或空气分界面之处表现为产生差异的超声波反射信号，以确定所述混凝土顶板当前厚度d。
本发明的优点是：不需要钻孔取芯，利用非破损的方法可以快速对排水箱涵结构缺陷情况进行评估。
附图说明
图1为本发明中利用超声映像装置沿排水箱涵表面布置主筋检测测线进行检测的示意图；
图2为本发明中利用超声映像装置沿排水箱涵表面布置箍筋检测测线进行检测的示意图；
图3为本发明中利用地质雷达沿排水箱涵表面布置主筋检测测线进行检测的示意图；
图4为本发明中利用地质雷达沿排水箱涵表面布置箍筋检测测线进行检测的示意图；
图5为本发明中利用三维超声成像仪沿排水箱涵表面布置主筋检测测线进行检测的示意图；
图6为本发明中利用三维超声成像仪沿排水箱涵表面布置箍筋检测测线进行检测的示意图；
图7为本发明中排水箱涵的混凝土顶板剖视图；
图8为本发明中排水箱涵的结构性缺陷处于第一级别的示意图；
图9为本发明中排水箱涵的结构性缺陷处于第二级别的示意图；
图10为本发明中排水箱涵的结构性缺陷处于第三级别的示意图；
图11为本发明中排水箱涵的结构性缺陷处于第四级别的示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-11，图中各标记分别为：排水箱涵1、主筋2、箍筋3、检测测线4、超声波发射探头5、超声波接收探头6、超声映像装置7、地质雷达8、发射天线9、接收天线10、混凝土顶板上表面11、混凝土顶板下表面12、三维超声成像仪13、超声波探头14、底部保护层15。
实施例1：如图1、2以及7-11所示，本实施例具体涉及一种用于大型排水箱涵结构性缺陷的检测评估方法，该检测评估方法主要包括检测和评估两大部分，具体步骤如下：
（1）如图1、2、7所示，根据排水箱涵1的走向获知其内主筋2和箍筋3的大致走向，在大型的排水箱涵1的混凝土顶板上表面11布置若干条检测测线4，所布置的检测测线4包括主筋检测测线4和箍筋检测测线4，如图1所示，主筋检测测线4在布置时同排水箱涵1中主筋2的走向呈80°-90°的夹角；如图2所示，箍筋检测测线4在布置时同排水箱涵1中箍筋3的走向呈80°-90°的夹角；其中，各检测测线4具体是由若干等间隔分布的测点排布而成的；
（2）除去排水箱涵1中混凝土顶板上表面11上各测点位置处的浮尘、残渣，尽量保证接触面的平整，在某一检测测线4的首个测点位置处布置超声映像装置7，具体是将其内超声波发射探头5和超声波接收探头6之间连线的中点对应布置于该首个测点处，并使超声映像装置7与排水箱涵1的表面耦合良好，且超声波发射探头5和超声波接收探头6之间的间隔距离固定；
之后进行检测，数据采集方式采用平测法，使超声波发射探头5向排水箱涵1结构内部发射超声波信号，与此同时，超声波接收探头6接收来自排水箱涵1结构内部钢筋与混凝土分界面之间的超声波反射信号以及混凝土顶板下表面12与排水箱涵1内部污水或空气分界面之间的超声波反射信号并加以储存，超声波反射信号包括实测波形、声时和波幅；需要说明的是，在检测过程中，主机连接控制超声映像装置7，因此在超声波发射探头5发射超声波信号的同时，主机也将同步触发超声波接收探头6开启工作；
（3）待完成该条检测测线4上首个测点位置处的检测之后，将超声映像装置7移动至下一个测点位置处，并按步骤（2）中的检测方法对该测点进行检测，从而获得该测点位置处的超声波反射信号；如此往复，依次将该条检测测线4上的所有测点检测完毕；并以同样的方法完成排水箱涵1中混凝土顶板上表面11上的所有检测测线4的检测；
（4）将所采集到的各条检测测线4上不同测点位置处的超声波反射信号数据进行数据处理分析，形成二维的超声映像法剖面图，当然，当存在主筋检测测线4和箍筋检测测线4的情况下，也可以形成三维的检测图像；在所获得的超声映像法剖面图中或是三维的检测图像中，混凝土顶板内的底部主筋2或底部箍筋3位置表现为与周围混凝土介质的分界面处产生差异的超声波反射信号，据此可以确定混凝土顶板中的底部箍筋3底距混凝土顶板上表面11的距离d1以及混凝土顶板中的底部主筋2顶距混凝土顶板上表面11的距离d2；
在所获得的超声映像法剖面图中或是三维的检测图像中，混凝土顶板下表面12与排水箱涵1内部污水或空气分界面之处表现为产生差异的超声波反射信号，据此可以确定混凝土顶板的当前厚度d；
（5）在检测获得上述的参数之后，获取排水箱涵1的竣工资料，即：排水箱涵1中混凝土顶板的竣工厚度d3、混凝土顶板中底部箍筋3的竣工直径d1、混凝土顶板中底部主筋2的竣工直径d2以及混凝土顶板上的底部保护层15的竣工厚度d4；之后开始评估排水箱涵1的结构性缺陷等级，具体如下:
a）如图8所示，若d-d1≥3cm，则排水箱涵1的结构性缺陷处于第一级别，表明其上的混凝土顶板上的底部保护层完好或受到部分轻微腐蚀，可以判定排水箱涵1的结构性能良好，无需进行修复，可正常运营使用；
b）如图9所示，若d-d1=0±0.2cm，则排水箱涵1的结构性缺陷处于第二级别，表明其上的混凝土顶板上的底部保护层15受到完全严重的腐蚀，可以判定排水箱涵1的结构性能为一般，需要采取一定的保护措施，可正常运营使用；
c）如图10所示，若d-d2=d2±0.2cm，则所述排水箱涵1的结构性缺陷处于第三级别，表明其上的混凝土顶板上的底部保护层15受到完全腐蚀且底部箍筋3受到严重腐蚀或锈断，底部主筋2完好或受到部分轻微腐蚀，可以判定排水箱涵1的结构性能较差，排水箱涵1需要进行修复，修复后方可正常运营使用；
d）如图11所示，若d3-d≥d4+d1+d2cm，则排水箱涵1的结构性缺陷处于第四级别，表明混凝土顶板上的底部保护层15受到完全腐蚀且底部箍筋3和底部主筋2锈断，可以判定排水箱涵1的结构性能已不能安全运营，且需要停止运营使用。
实施例2：如图3、4以及7-11所示，本实施例具体涉及一种用于大型排水箱涵结构性缺陷的检测评估方法，该检测评估方法主要包括检测和评估两大部分，具体步骤如下：
（1）如图4、5所示，根据排水箱涵1的走向获知其内主筋2和箍筋3的走向，在大型的排水箱涵1的混凝土顶板上表面11布置若干条检测测线4，所布置的检测测线4包括主筋检测测线4和箍筋检测测线4，如图4所示，主筋检测测线4在布置时同排水箱涵1中主筋2的走向呈80°-90°的夹角；如图5所示，箍筋检测测线4在布置时同排水箱涵1中箍筋3的走向呈80°-90°的夹角；其中，各检测测线4具体是由若干等间隔分布的测点排布而成的；
（2）除去排水箱涵1表面上各测点位置处的浮尘、残渣，尽量保证接触面的平整，在某一检测测线4的首个测点位置处布置地质雷达8，具体是将发射天线9与接收天线10之间连线的中点对应布置于该首个测点处，发射天线9与接收天线10之间的间隔距离固定；之后进行检测，使发射天线9向排水箱涵1结构内部发射高频电磁波信号，高频电磁波信号到达排水箱涵1内钢筋（主筋2或箍筋3）与其周围混凝土介质分界面时，由于钢筋与混凝土之间存在明显得介电常数差异，因而在两者的分界面处会产生高频电磁波反射信号并由接收天线10接收；且高频电磁波信号到达混凝土顶板下表面12与排水箱涵1内部污水或空气分界面时，在两者的分界面处会产生高频电磁波反射信号并由接收天线10接收；
（3）待完成该条检测测线4上首个测点位置处的检测之后，将地质雷达8沿检测测线4移动至下一个测点位置处，并按步骤（2）中的检测方法对该测点进行检测，从而获得该测点位置处的高频电磁波反射信号；如此往复，依次将该条检测测线4上的所有测点检测完毕；并以同样的方法完成排水箱涵1表面上所有检测测线4的检测；
（4）将所采集到的各条检测测线4上不同测点位置处的高频电磁波反射信号数据进行数据处理分析，得到各条检测测线4覆盖范围内的地质雷达法剖面图；
在所获得的地质雷达法剖面图中，混凝土顶板内的底部主筋2或底部箍筋3位置表现为与周围混凝土介质的分界面处产生差异的高频电磁波信号，据此可以确定混凝土顶板中的底部箍筋3底距混凝土顶板上表面11的距离d1以及混凝土顶板中的底部主筋2顶距混凝土顶板上表面11的距离d2；
在所获得的地质雷达法剖面图中，混凝土顶板下表面12与排水箱涵1内部污水或空气分界面之处表现为产生差异的反射信号，据此可以确定混凝土顶板的当前厚度d；
（5）在检测获得上述的参数之后，获取排水箱涵1的竣工资料，即：排水箱涵1中混凝土顶板的竣工厚度d3、混凝土顶板中底部箍筋3的竣工直径d1、混凝土顶板中底部主筋2的竣工直径d2以及混凝土顶板上的底部保护层15的竣工厚度d4；之后开始评估排水箱涵1的结构性缺陷等级，具体如下:
a）如图8所示，若d-d1≥3cm，则排水箱涵1的结构性缺陷处于第一级别，表明其上的混凝土顶板上的底部保护层完好或受到部分轻微腐蚀，可以判定排水箱涵1的结构性能良好，无需进行修复，可正常运营使用；
b）如图9所示，若d-d1=0±0.2cm，则排水箱涵1的结构性缺陷处于第二级别，表明其上的混凝土顶板上的底部保护层15受到完全严重的腐蚀，可以判定排水箱涵1的结构性能为一般，需要采取一定的保护措施，可正常运营使用；
c）如图10所示，若d-d2=d2±0.2cm，则所述排水箱涵1的结构性缺陷处于第三级别，表明其上的混凝土顶板上的底部保护层15受到完全腐蚀且底部箍筋3受到严重腐蚀或锈断，底部主筋2完好或受到部分轻微腐蚀，可以判定排水箱涵1的结构性能较差，排水箱涵1需要进行修复，修复后方可正常运营使用；
d）如图11所示，若d3-d≥d4+d1+d2cm，则排水箱涵1的结构性缺陷处于第四级别，表明混凝土顶板上的底部保护层15受到完全腐蚀且底部箍筋3和底部主筋2锈断，可以判定排水箱涵1的结构性能已不能安全运营，且需要停止运营使用。
实施例3：如图5-11所示，本实施例具体涉及一种用于大型排水箱涵结构性缺陷的检测评估方法，该检测评估方法主要利用三维超声成像仪13对排水箱涵1进行无损检测，三维超声成像仪13上共布置有48个超声波探头14，每4个超声波探头14组成一排，共计12排；需要说明的是，本实施例中的超声波探头14采用的是超声波收发探头，可进行超声波的发射和接收；具体包括以下步骤：
（1）根据排水箱涵1的走向获知其内主筋2和箍筋3的大致走向，在大型的排水箱涵1的混凝土顶板上表面11上布置若干条检测测线4，所布置的检测测线4包括主筋检测测线4和箍筋检测测线4，同类型的检测测线4之间应保持相互平行，且相邻检测测线4之间的间距为10cm；
如图5所示，主筋检测测线4在布置时同排水箱涵1中主筋2的走向呈80°-90°的夹角；如图6所示，箍筋检测测线4在布置时同排水箱涵1中箍筋3的走向呈80°-90°的夹角；
（2）除去排水箱涵1混凝土顶板上表面11上的浮尘、残渣，尽量保证接触面的平整；在某一检测测线4的首个测点位置处布置三维超声成像仪13并进行检测，具体的过程是：三维超声成像仪9中的一排超声波探头14向排水箱涵1中的混凝土结构内部发射超声波信号，当超声波信号到达混凝土顶板中的底部主筋2或底部箍筋3时与其周围混凝土介质的分界面时，将会产生超声波反射信号并由三维超声成像仪13中所述一排超声波探头14右边单侧剩余排的超声波探头14接收并加以储存；当然，当超声波信号到达混凝土顶板下表面12与排水箱涵1内部污水或空气分界面时，在两者的分界面处也会产生超声波反射信号并由三维超声成像仪13中所述一排超声波探头14右边单侧剩余排的超声波探头14接收并加以储存；
之后，将三维超声成像仪13沿检测测线4移动且每间隔10-20cm进行一次检测；
（3）按照步骤（2），如此往复，利用三维超声成像仪13依次完成所有检测测线4上的检测，并获得所有检测测线4上的超声波反射信号，在经主机的数据处理之后可获得三维超声成像法成果图；
在所获得的三维超声成像法成果图中，混凝土顶板内的底部主筋2或底部箍筋3位置表现为与周围混凝土介质的分界面处产生差异的超声波反射信号，据此可以确定混凝土顶板中的底部箍筋3底距混凝土顶板上表面11的距离d1以及混凝土顶板中的底部主筋2顶距混凝土顶板上表面11的距离d2；
在所获得的三维超声成像法成果图中，混凝土顶板下表面12与排水箱涵1内部污水或空气分界面之处表现为产生差异的超声波反射信号，据此可以确定混凝土顶板的当前厚度d；
（5）在检测获得上述的参数之后，获取排水箱涵1的竣工资料，即：排水箱涵1中混凝土顶板的竣工厚度d3、混凝土顶板中底部箍筋3的竣工直径d1、混凝土顶板中底部主筋2的竣工直径d2以及混凝土顶板上的底部保护层15的竣工厚度d4；之后开始评估排水箱涵1的结构性缺陷等级，具体如下:
a）如图8所示，若d-d1≥3cm，则排水箱涵1的结构性缺陷处于第一级别，表明其上的混凝土顶板上的底部保护层完好或受到部分轻微腐蚀，可以判定排水箱涵1的结构性能良好，无需进行修复，可正常运营使用；
b）如图9所示，若d-d1=0±0.2cm，则排水箱涵1的结构性缺陷处于第二级别，表明其上的混凝土顶板上的底部保护层15受到完全严重的腐蚀，可以判定排水箱涵1的结构性能为一般，需要采取一定的保护措施，可正常运营使用；
c）如图10所示，若d-d2=d2±0.2cm，则所述排水箱涵1的结构性缺陷处于第三级别，表明其上的混凝土顶板上的底部保护层15受到完全腐蚀且底部箍筋3受到严重腐蚀或锈断，底部主筋2完好或受到部分轻微腐蚀，可以判定排水箱涵1的结构性能较差，排水箱涵1需要进行修复，修复后方可正常运营使用；
d）如图11所示，若d3-d≥d4+d1+d2cm，则排水箱涵1的结构性缺陷处于第四级别，表明混凝土顶板上的底部保护层15受到完全腐蚀且底部箍筋3和底部主筋2锈断，可以判定排水箱涵1的结构性能已不能安全运营，且需要停止运营使用。
实施例4：如图1-11所示，本实施例具体涉及一种用于大型排水箱涵结构性缺陷的检测评估方法，其中的检测方法依次利用实施例1-3中所述的超声映像装置7、地质雷达8、三维超声成像仪13对排水箱涵1进行检测，通过上述实施例中的三种装置进行检测，可提高具体的检测精度。