探地雷達(dá)在公路工程中的應(yīng)用

樊　強(qiáng)

(忻州市交通試驗(yàn)檢測(cè)中心，山西 忻州　034000)

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探地雷達(dá)在公路工程中的應(yīng)用

樊強(qiáng)

(忻州市交通試驗(yàn)檢測(cè)中心，山西 忻州034000)

摘要：介紹了探地雷達(dá)的工作原理，分析了探地雷達(dá)在公路工程中的應(yīng)用范圍，并說(shuō)明了探地雷達(dá)的使用方法，指出探地雷達(dá)具有快速、無(wú)損、及時(shí)、準(zhǔn)確、連續(xù)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：探地雷達(dá)，公路工程，檢測(cè)方法

0引言

近年來(lái)，交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷加強(qiáng)，高等級(jí)公路建設(shè)項(xiàng)目增多，建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，公路工程建設(shè)進(jìn)入了又一輪快速發(fā)展期，對(duì)工程質(zhì)量的控制更加嚴(yán)峻。因此，公路工程質(zhì)量必須及時(shí)、科學(xué)地進(jìn)行控制，合理的提出質(zhì)量報(bào)告，公路工程才能在大規(guī)模的建設(shè)任務(wù)中保質(zhì)保量完成。這就需要我們運(yùn)用更快、更合理的無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行工程質(zhì)量控制。探地雷達(dá)檢測(cè)方法可用于公路工程施工的全過(guò)程質(zhì)量控制，具有快速、無(wú)損、及時(shí)、準(zhǔn)確、連續(xù)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，并以實(shí)時(shí)成像方式顯示結(jié)構(gòu)剖面，檢測(cè)數(shù)據(jù)一目了然，分析、判讀直觀方便；是公路工程無(wú)損檢測(cè)的首選檢測(cè)設(shè)備。

1探地雷達(dá)工作原理

探地雷達(dá)整個(gè)系統(tǒng)由便攜式主機(jī)、收發(fā)天線(xiàn)、綜合控制電纜、測(cè)距輪、電池、數(shù)據(jù)采集和處理軟件等組成。探地雷達(dá)是根據(jù)檢測(cè)結(jié)構(gòu)介質(zhì)的電性不同，利用電磁波檢測(cè)結(jié)構(gòu)是否存在異常體或路面結(jié)構(gòu)分層情況進(jìn)行的一種快速無(wú)損檢測(cè)方法。雷達(dá)工作時(shí)，向結(jié)構(gòu)介質(zhì)發(fā)射一定強(qiáng)度的高頻電磁脈沖(幾十兆赫至上千兆赫)，電磁波由空氣進(jìn)入結(jié)構(gòu)介質(zhì)，會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)反射；同樣，當(dāng)電磁波由瀝青面層傳播至水穩(wěn)層時(shí)，由于兩者的電性特征差異，亦會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)反射軸，這兩個(gè)強(qiáng)反射之間對(duì)應(yīng)的就是瀝青面層厚度，由此可得到實(shí)際瀝青面層的厚度；另外，如果水泥混凝土結(jié)構(gòu)下面存在裂隙或空洞，由于混凝土的介電常數(shù)為6，與空氣的有較大差別，這時(shí)雷達(dá)系統(tǒng)接收到的回波幅度會(huì)明顯變強(qiáng)，在雷達(dá)檢測(cè)儀器剖面上就出現(xiàn)異常反應(yīng)。當(dāng)電磁波穿過(guò)水穩(wěn)層進(jìn)入原始土層時(shí),在其交界處亦會(huì)出現(xiàn)與電磁波穿過(guò)瀝青面層下界面時(shí)類(lèi)似的反應(yīng),我們由此可以追蹤其厚度和查找存在的缺陷。

2探地雷達(dá)和常規(guī)檢測(cè)方法的比較

1)探地雷達(dá)檢測(cè)方法：無(wú)破壞、不用鉆芯；定量化檢測(cè)；可得到連續(xù)檢測(cè)數(shù)據(jù)；檢測(cè)人員少、速度快、費(fèi)用低；與設(shè)計(jì)具有很好的對(duì)比性；可進(jìn)行整體評(píng)價(jià)。2)常規(guī)檢測(cè)方法：需要鉆芯鑿孔等破壞性檢測(cè)、檢測(cè)人員多、費(fèi)用高、速度慢；采樣數(shù)量有限，代表性不好，有限的數(shù)據(jù)難以進(jìn)行整體評(píng)價(jià)；橫向?qū)Ρ?，可比性差?/p>

3探地雷達(dá)在公路工程中的檢測(cè)內(nèi)容

1)路面工程。a.檢測(cè)路面厚度并給出路面的連續(xù)曲線(xiàn),給出路面厚度綜合評(píng)價(jià)報(bào)表；b.檢測(cè)路面并給出路面下存在的疏松帶、裂隙、空洞和不良地質(zhì)體等可能影響行車(chē)安全的地下隱患的方位、深度和大致尺寸；c.提供雷達(dá)探測(cè)剖面和有關(guān)圖表數(shù)據(jù)，給出檢測(cè)路段的施工質(zhì)量評(píng)價(jià)報(bào)告。

2)隧道工程。a.檢測(cè)隧道不規(guī)則巖面和初襯之間、初襯和二襯之間是否存在空洞或空隙；b.檢測(cè)初襯和二襯的襯砌厚度是否符合設(shè)計(jì)要求；c.檢測(cè)初支鋼拱架和二襯鋼筋的分布是否符合設(shè)計(jì)要求。

4探地雷達(dá)的檢測(cè)方法

4.1獲取和收集各種有用資料

相關(guān)資料的收集包括確認(rèn)探測(cè)目的、了解測(cè)區(qū)的地形情況、確定目標(biāo)體的特性、收集檢測(cè)結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙、地質(zhì)調(diào)查報(bào)告、施工建設(shè)資料(包括襯砌厚度、鋼筋分布及層數(shù)、是否有鋼拱架及預(yù)埋管件位置)。

4.2探測(cè)前的準(zhǔn)備工作

首先在正式測(cè)試之前，需要進(jìn)行試測(cè)工作。主要工作是：查看儀器測(cè)量參數(shù)的選擇是否符合現(xiàn)場(chǎng)情況檢測(cè)要求；建立各種目標(biāo)體的探地雷達(dá)圖像特征；進(jìn)行鉆孔求出對(duì)比數(shù)據(jù)，鉆孔地點(diǎn)應(yīng)布置在檢測(cè)線(xiàn)范圍內(nèi)。

6效益分析

近年來(lái)我公司負(fù)責(zé)承建了多項(xiàng)城鎮(zhèn)道路工程，采用此方法施工瀝青混凝土上面層，可以減少瀝青混合料的物料消耗和勞動(dòng)力，降低路面病害發(fā)生的概率，減少了養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，提高了路面的平整度、舒適性和安全性，延長(zhǎng)了路面使用壽命，得到了周邊居民及社會(huì)的認(rèn)可，收到了良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

4.3天線(xiàn)的選擇

根據(jù)檢測(cè)內(nèi)容進(jìn)行天線(xiàn)的選擇。公路路面檢測(cè)可選擇喇叭AL1.5 GHz探測(cè)深度可達(dá)到50 cm，AL1.0 GHz探測(cè)深度可達(dá)到100 cm，車(chē)載系統(tǒng)探測(cè)速度可達(dá)到50 km/h～80 km/h，可用于各種公路路面結(jié)構(gòu)層厚度的快速檢測(cè)；隧道檢測(cè)可選擇LTD屏蔽天線(xiàn)GC900 MHz探測(cè)深度為0.05 m～1 m，LTD屏蔽天線(xiàn)GC400 MHz探測(cè)深度為0.10 m～3 m。

4.4現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

檢測(cè)前對(duì)瀝青層進(jìn)行電磁波傳播速度標(biāo)定，確定6個(gè)取芯的位置，用探地雷達(dá)在相應(yīng)位置記錄雙程履行時(shí)間；然后在選定點(diǎn)進(jìn)行鉆孔取芯，取出芯樣后，用鋼尺量測(cè)瀝青層、混凝土層厚度，最后用于標(biāo)定電磁波在瀝青和混凝土介質(zhì)層中的傳播速度。

4.5數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理采用探地雷達(dá)處理軟件。厚度檢測(cè)處理過(guò)程步驟如下：

1)打開(kāi)數(shù)據(jù)后，首先在“數(shù)據(jù)預(yù)處理”中選擇“文件頭編輯”進(jìn)行文件頭的更改，包括介電常數(shù)、起始樁號(hào)、結(jié)束樁號(hào)。

2)接著在“數(shù)據(jù)處理”選項(xiàng)中，選擇“FIR濾波”選擇帶通濾波，濾波階數(shù)選擇3即可。濾波頻率參考表1數(shù)據(jù)。

3)如果信號(hào)過(guò)小，可選擇“數(shù)據(jù)預(yù)處理”中的“增益調(diào)節(jié)”，通過(guò)選擇左右鍵進(jìn)行增益大小的調(diào)節(jié)。

4)進(jìn)行地面追蹤和層位追蹤，來(lái)確定反射的界面。點(diǎn)中追蹤后的界面點(diǎn)右鍵選擇“厚度計(jì)算”，輸入速度進(jìn)行厚度計(jì)算。

5)厚度計(jì)算后就可以進(jìn)行輸出層厚報(bào)表，也可以進(jìn)行異常位置的標(biāo)注。軟件上方有小的標(biāo)志選擇即可，“T”表示寫(xiě)入數(shù)字。

6)遇見(jiàn)異常情況，應(yīng)先向施工方詢(xún)問(wèn)是否存在預(yù)埋物體或其他可能造成的干擾，排除此類(lèi)干擾后，就可以對(duì)異常情況進(jìn)行判斷。

5探地雷達(dá)在公路工程中的檢測(cè)圖形示例

忻州某高速公路工程隧道檢測(cè)實(shí)例(如圖1，圖2所示),雷達(dá)選用中國(guó)電波傳播研究所生產(chǎn)的LTD-2100探地雷達(dá),探測(cè)頻率為

400 MHz,該圖像為截取測(cè)線(xiàn)上的一段雷達(dá)探測(cè)圖像。從圖中可清楚地看出鋼拱架和鋼筋的反射界面，從而測(cè)出鋼拱架和鋼筋的數(shù)量和間距。

忻州某高速公路工程路面厚度檢測(cè)實(shí)例(見(jiàn)圖3，圖4),雷達(dá)選用中國(guó)電波傳播研究所生產(chǎn)的LTD-2100探地雷達(dá),探測(cè)頻率為1 500 MHz,該圖像為截取測(cè)線(xiàn)上的一段的雷達(dá)探測(cè)圖像。從圖中可清楚地看出路面各層的反射界面，從而測(cè)出路面層次的厚度。

6結(jié)語(yǔ)

采用探地雷達(dá)進(jìn)行公路工程檢測(cè)，具有及時(shí)、快速、無(wú)損等優(yōu)點(diǎn)，可以及時(shí)方便的根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行工程質(zhì)量控制。因此，有必要在公路工程檢測(cè)領(lǐng)域大力推廣探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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The application of ground penetrating radar in highway engineering

Fan Qiang

(XinzhouTrafficTestDetectionCenter,Xinzhou034000,China)

Abstract: This paper introduced the working principle of ground penetrating radar, analyzed the application scope of ground penetrating radar in highway engineering, and illustrated the use method of ground penetrating radar, pointed out that the ground penetrating radar had fast, nondestructive, timely, accurate, continuous detection and other advantages, had application prospect.

Key words: ground penetrating radar, road engineering, detection method

The construction method of town road asphalt concrete above layer

Xue Min

(TaiyuanMunicipalEngineeringCorporation,Taiyuan030002,China)

Key words:urban road, pavement, asphalt concrete, construction machinery

Abstract:This paper introduced the construction operation main points of urban road asphalt concrete above layer, summarized the matters needing attention in asphalt concrete pavement winter construction, and analyzed the required construction labor and machinery and equipment, to ensure the pavement smoothness, comfort and durability.

文章編號(hào)：1009-6825(2016)14-0145-02

收稿日期：2016-03-04

作者簡(jiǎn)介：樊強(qiáng)(1975- )，男，工程師

中圖分類(lèi)號(hào)：P631.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A