淺談探地雷達法檢測路面結構層

顏大林 杜 康

（臨沂市公路勘察設計院 山東 臨沂 276000）

1 路面結構層缺陷檢測的意義

隨著我國道路交通量日益增大，車輛迅速大型化以及超載現(xiàn)象，使公路路面面臨嚴峻的考驗。因此路面病害檢測的作用凸顯出來，其中路面結構層缺陷檢測是路面病害檢測的一項重要內(nèi)容，通過探地雷達的檢測可以達到識別地下目標物和道路結構層內(nèi)隱伏缺陷的目的。根據(jù)病害程度采取相應的補救措施，保證路面的通行質(zhì)量同時也有利于對公路路面的設計、施工等各方面提供有力的資料和經(jīng)驗。本文通過探地雷達法對某高速部分路段檢測為例淺談路面結構層缺陷檢測。

2 設備原理

圖2.1 探地雷達工作原理示意圖

探地雷達方法（Ground Penetration Radar，簡稱GPR）是一種采用短脈沖寬帶高頻電磁波信號檢測地下介質(zhì)分布的新技術。根據(jù)電磁波在有耗介質(zhì)中的傳播特性，通過天線連續(xù)拖動的方式以寬頻帶短脈沖的形式向地下發(fā)射高頻電磁波，電磁波信號在地下介質(zhì)內(nèi)部傳播時遇到不同介質(zhì)的界面時，就會發(fā)生反射、透射，其反射系數(shù)（反射信號的強度）主要由上、下層介質(zhì)的相對介電常數(shù)決定。上、下層介質(zhì)的介電常數(shù)差異越大，反射的電磁波能量也越大；反之，越小。反射的電磁波被與發(fā)射天線同步移動的接收天線接收后，通過雷達主機精確記錄反射回的電磁波的運動特征，獲得地下介質(zhì)的掃描圖像，通過對掃描圖像進行處理，對地質(zhì)雷達剖面上目標層（體）的反射波時間延遲、波形特征以及剖面的宏觀和微觀形態(tài)組合進行解譯，達到識別地下目標物和道路結構層內(nèi)隱伏缺陷的目的。

電磁波在特定介質(zhì)中的傳播速度V是不變的，因此，根據(jù)探地雷達記錄上的地面反射波與地下反射波的時間差△T，即可據(jù)下式算出地下異常的埋藏深度H：

式中，H即為目標層厚度；V是電磁波在地下介質(zhì)中的傳播速度，由下式表示：

式中，C是電磁波在大氣中的傳播速度，約為3×108m／s；ε為相對介電常數(shù)，取決于地下各層構成物質(zhì)的介電常數(shù)。

雷達波反射信號的振幅與反射系數(shù)成正比，在以位移電流為主的低損耗介質(zhì)中，反射系數(shù)r可表示為：

式中，ε1、ε2為界面上、下介質(zhì)的相對介電常數(shù)。對公路檢測而言，ε1為面層的相對介電常數(shù)，ε2為基層的相對介電常數(shù)。由公式（3）可知，雷達波的穿透深度主要取決于地下介質(zhì)的電性和中心頻率。導電率越高，穿透深度越?。恢行念l率越高，穿透深度越小，反之亦然。反射信號的強度主要取決于上、下介質(zhì)的電性差，電性差越大，反射信號越強；反之，越小。對瀝青混凝土面層而言，面層與基層（穩(wěn)定層）存在明顯的電性差，可以預期面層底部會有強反射出現(xiàn)。不同面層（上、中、下）之間所用材料也存在細微差別，因此也可以得到較弱的反射信息。圖2.2簡單描述了地質(zhì)雷達檢測公路面層厚度的基本過程。

圖2.2 探地雷達檢測公路面層厚度基本流程

3 現(xiàn)場采集線路布置

根據(jù)現(xiàn)場實際情況和檢測要求，對于道路結構層內(nèi)部缺陷檢測，沿行車道輪跡帶處布置一條測線（測線布置如下圖3.1所示）。

圖3.1 道路結構層內(nèi)部缺陷檢測測線布置示意圖

4 探地雷達路面缺陷檢測結果

根據(jù)現(xiàn)場情況，檢測左、右幅行車道，并對局部缺陷區(qū)域進行詳細檢測。此次雷達缺陷檢測分別給出左、右幅缺陷的解釋結果表 （見表1某高速某段道路結構缺陷檢測右幅結果、表2某高速某段道路結構缺陷檢測左幅結果表）。

表1 某高速某段道路結構缺陷檢測右幅結果表

表2 某高速某段道路結構缺陷檢測左幅結果表

道路結構層粘結性結果代表圖

圖4.1 右幅K283+460～K283+510段雷達剖面圖

圖4.2 左幅K287+940～K287+900段雷達剖面圖

5 探地雷達結構層厚度檢測結果

本次雷達檢測發(fā)現(xiàn)：面層鋪設比較均勻，基層、底基層局部路段厚度不均、起伏變化較大。本報告列出部分路段路面基層以及路面各結構層厚度變化曲線圖（圖5.1）。

6 雷達檢測剖面圖與現(xiàn)場取芯驗證

通過取芯結果與雷達圖對比分析，對上次探地雷達的檢測結果給予充分的驗證，也對探地雷達的準確性給予強有力的支持（圖6.1）。

芯樣描述:裂縫貫通微表處、上中面層，下面層破碎，基層松散、破碎。

雷達剖面圖描述：面層上部裂隙，底面破碎，基層破碎。

結果對比：現(xiàn)場取芯結果與雷達剖面圖描述一致。

圖5.1 右幅基層厚度曲線圖（K282+585～K282+635）

圖6.1 右幅K282+586.6位置處的芯樣與對應的雷達剖面圖

7 檢測結論

通過對檢測數(shù)據(jù)進行綜合分析，此次檢測得出以下結論：

1）瀝青面層厚度均勻，個別路段存在裂縫、離析現(xiàn)象，基層與底基層間粘結不密實，基層厚度不足。

2）基層左幅K287+940～K287+900段厚度變化較大，厚度差值在10cm以上；基層與底基層間部分路段存在粘結不密實、裂縫、局部破碎現(xiàn)象。

8 結語

在探地雷達在路面結構層檢測中的應用來看，不僅檢測結果與取芯結果具有很大的相關性，而且對于區(qū)段的檢測評價也非?？煽?，并且探地雷達法更加快速、高效，對路面結構不造成損害，因此完全可以替代現(xiàn)行的鉆孔取芯。

［1］中華人民共和國行業(yè)標準：JTJ073.2-2001公路瀝青路面養(yǎng)護技術規(guī)范[S].人民交通出版社，2001.

［2］中華人民共和國行業(yè)標準：JTJ059-95公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程[S].人民交通出版社.1995.

［3］中華人民共和國行業(yè)標準：JTG H20-2007公路技術狀況評定標準[S].人民交通出版社，2007.

［4］吳傳海.高速公路瀝青混凝土路面破損狀況評價方法的缺陷及改進[D].長安大學公路學院，2007，5（5）

［5］周德軍.公路與橋梁檢測技術[M].人民交通出版社，2005.

［6］山東省交通科學研究所.京福高速公路濟南西外環(huán)段路面維修方案設計報告[R].2008-1-15.