淺談地質(zhì)雷達技術(shù)在公路路面檢測中的應(yīng)用

周祖德

(貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測中心有限責(zé)任公司)

1 地質(zhì)雷達技術(shù)的檢測原理

地質(zhì)雷達與探空雷達的檢測原理大致相同，使用高頻電磁波f 主頻為數(shù)十?dāng)?shù)百乃至數(shù)千兆赫)以寬頻帶短脈沖的方式，從地面進行發(fā)射天線fr)向地下輻射，當(dāng)它遇到地下介質(zhì)或者介質(zhì)分界面時發(fā)生反射，并返回發(fā)射器，被專門接收信息的接收天線(R)接收，被計算機記錄下來，經(jīng)過信息整理之后形成雷達剖面圖。因為電磁波在介質(zhì)中運動時，其傳播路徑、磁場強度以及電磁波的波形會受介質(zhì)的特點和幾何形態(tài)影響。所以在接收到的電磁波特點、傳播時間、幅度、頻率和波形等，必須進行雷達圖像的整理，才能進行確定公路的情況。雷達圖像剖面圖是通過脈沖反射波的波形形式展現(xiàn)的。其波形通過變面積形式進行展現(xiàn)，或者通過灰度或彩色剖面形式進行展現(xiàn)。并通過同相軸或等灰線、等色線進行表示反射面的情況。在波形記錄圖上根據(jù)各測點均以測線的鉛垂方向確定波形，即可形成完整的雷達成像剖面，使人們可以清楚地看到公路路面的損壞程度。

2 地質(zhì)雷達在公路檢測中的應(yīng)用

2.1 公路病害原因

公路路基往往由于混凝土含水量過多、整體承載能力不高、混凝土內(nèi)外溫差過大，壓實度不足等缺陷，導(dǎo)致路基發(fā)生沉降，出現(xiàn)空洞、暗穴，甚至?xí)霈F(xiàn)滑坍等情況。路面在車輛超重的影響和風(fēng)霜雨雪的侵襲下，會逐漸降低公路的使用性能，出現(xiàn)公路路面沉降、車轍推移以及裂縫增多等現(xiàn)象。其次由于公路結(jié)構(gòu)層透水性不強引起路面集水，出現(xiàn)公路體軟弱等情況。公路損害的原因不是單一的，出現(xiàn)公路質(zhì)量不過關(guān)，風(fēng)霜雨雪的侵襲過多以及人為因素等也會導(dǎo)致公路病害。路基存在問題與路面存在問題也不是單一的，是兩者相互作用、互相影響而形成的。所以在公路損害的檢測中，查清楚其發(fā)生原因是非常有必要的?，F(xiàn)在公路路面檢測方法有很多，但能準確地檢測出公路損壞的原因的方法并不是很多，如果不能準確地檢測出公路損害的根本原因，只能導(dǎo)致公路的后期維護沒有針對性、花費了大量的人力物力之后也無法得到真正的解決。面對存在的問題，試驗主要根據(jù)幾個公路的區(qū)段進行檢測。這些區(qū)段的路面損傷嚴重，有凹凸不平、車轍推移、裂縫過多、公路沉降、橋頭跳車等情況。

2.2 公路檢測公式

(1)對天線頻率f 進行計算

標注:公式中的X 是空間分辨率(m):δ 是介質(zhì)的相對介電常數(shù)。

(2)對時窗(W)進行計算，其計算公式為W = 1.3X(2dmax/V)

標注:公式中的d 是主要探測深度(m)，本次試驗取1.5 m，其中V 為介質(zhì)中電磁波的傳播速度(m /n s)。

根據(jù)公路檢測的要求，選擇500 MHz 高頻屏蔽天線進行試驗，采樣時窗選擇70 ns。試驗主要根據(jù)幾個公路的區(qū)段進行檢查，使用不同方法進行檢查，并將其記錄下來，從而得出最終的檢測結(jié)果。

2.3 公路檢測的方案

(1)公路基層及路基損傷檢測。試驗選擇基層及路基損壞嚴重的公路，對其進行地質(zhì)雷達技術(shù)的檢測，在雷達成像剖面中顯示，公路結(jié)構(gòu)層損傷顯示為界面凹凸不平，波型沒有規(guī)則，反射連續(xù)性比較差。試驗中的公路基層反射波起伏不明顯，但反射連續(xù)性比較差。而路床反射波比較少，但反射起伏明顯，說明路基及基層已經(jīng)出現(xiàn)問題，路基損傷程度比較大。

(2)公路路面脫空檢測。試驗選擇公路路面已經(jīng)有損傷區(qū)域，雷達成像剖面中顯示該區(qū)域基層損傷比較大，而且墊層與路床界面出現(xiàn)凹凸不平的狀況，則表示基層、墊層內(nèi)部出現(xiàn)介質(zhì)橫向上的現(xiàn)象，并且損壞嚴重。對區(qū)域的結(jié)構(gòu)層進行探析得出:面層底面反射時間2.95 ns，深度17 cm;反射波返回時間11.23 ns，深度75 era。在橋頭的20 m 范圍內(nèi)，路面機構(gòu)中明顯有一軟弱夾層，導(dǎo)致路面出現(xiàn)空洞，在雷達成像剖面上表現(xiàn)為一夾層反射，其中中間為最厚，反射時間在2.25～5.75 ns 之間，厚度大約為5 cm，反射波對下基底界面反應(yīng)十分微弱，說明基層工程特性比較差。

(3)公路路面裂紋檢測。裂縫在公路病害異常損壞的情況中比較常見。從雷達探測原理得出，反射波的頻率越高起伏越明顯，探測裂縫的深度越淺，公路探測情況的就越清晰;反之反射波的頻率越高起伏越不明顯，探測裂縫的深度越深，公路探測情況的就越模糊。雷達探測只能探測裂縫較淺的部分，較深的裂縫可以使用超聲波法進行探測。較深的裂縫表現(xiàn)為向兩邊分散的有傾斜度的同相軸，裂縫較淺的雷達圖象異常與此相似，但波形起伏不大。

(4)公路路面下沉檢測。路面沉降的原因是多方面的，其原因可能由于進行公路施工時對混凝土的壓實程度不足、公路在使用過程中車輛的負載量過大以及路基強度與實際的承載不相符等，在在雷達成像剖面中顯示為同相軸不水平，并有一定的傾斜程度。

(5)公路路面鋼筋網(wǎng)檢測。要探測公路路面鋼筋網(wǎng)的損壞情況時，可以使用雷達探測進行探測。由于公路鋼筋對鐵磁性的物質(zhì)感應(yīng)特別敏感，所以運用電磁波原理可以有效地檢查出公路路面鋼筋網(wǎng)的具體情況。電磁波檢查表現(xiàn)為同相軸有明顯的波峰突起，其圖象顯示跟鋼筋的損耗程度有關(guān)，損耗程度輕時同相軸呈小弧行，損耗程度嚴重時則連成了一片。

(6)公路路面密實度檢測。由于進行公路施工時對公路的壓實程度不足、施工不嚴謹?shù)痊F(xiàn)象，導(dǎo)致一些橋梁和公路存在一些不密實的區(qū)域。在區(qū)域內(nèi)介質(zhì)一般不夠均勻，與附近的介質(zhì)之間存在許多差異。所以在在雷達成像剖面中出現(xiàn)的波形沒有規(guī)則，與正常的公路雷達成像剖面比較，出現(xiàn)層狀波形少以及規(guī)則的波形較少，與公路出現(xiàn)空洞的情況相比，多次波相對也比較少。

3 結(jié) 語

地質(zhì)雷達檢測是一種新型的探測技術(shù)。地質(zhì)雷達主要應(yīng)用于公路損壞情況的檢測，具有采集數(shù)據(jù)比較多、采樣點距選擇靈活、檢測時間較短、檢測比較廣以及檢測結(jié)果比較準確等優(yōu)勢。

［1］李華，張慶旺.淺談地質(zhì)雷達在公路工程質(zhì)量檢測中的應(yīng)用［J］.黑龍江科技信息，2011，(26):12－56.

［2］王先桃，包太.地質(zhì)雷達在某公路路面檢測中的應(yīng)用［J］.貴州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010，(3):45－68.

［3］崔玉超，牛學(xué)超，竇波洋.地質(zhì)雷達在道路路面檢測中的應(yīng)用［J］.華東公路，2013，(2):13－17.