地質(zhì)雷達(dá)在公路工程檢測(cè)中的應(yīng)用

車海清

地質(zhì)雷達(dá)在公路工程檢測(cè)中的應(yīng)用

車海清

通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)掃描這種技術(shù)應(yīng)用到隧道檢測(cè)中，具有高分辨率、無(wú)損、快速的特點(diǎn)。其次，應(yīng)用到公路厚度檢測(cè)中，可以準(zhǔn)確的觀察某一路段中的路面厚度。對(duì)于路面厚度不達(dá)標(biāo)的地方，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并給與處理措施。本文通過(guò)對(duì)地質(zhì)雷達(dá)的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用實(shí)例等進(jìn)行分析說(shuō)明，進(jìn)一步說(shuō)明地質(zhì)雷達(dá)在隧道、公路檢測(cè)中的重要性。

一、地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)原理

地質(zhì)雷達(dá)可以簡(jiǎn)稱為GPR，其工作原理為：以寬頻帶短脈沖的方式，通過(guò)發(fā)射天線發(fā)送器發(fā)送電磁波。發(fā)射出的電磁波到達(dá)目的地之后再傳回地面，由相應(yīng)的雷達(dá)天線接收信號(hào)。接收到的信號(hào)再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的圖像處理及解釋，從而達(dá)到對(duì)目標(biāo)物體探測(cè)的目的。

對(duì)于地質(zhì)而言，可以比作一個(gè)復(fù)雜的濾波器。進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)脈沖發(fā)送時(shí)，一般都要貼近地面。如果媒質(zhì)中的任何一個(gè)電參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電磁波的后向散射。也就是說(shuō)，電常數(shù)的不連續(xù)，很容易出現(xiàn)電磁波的反射。而電磁波對(duì)介質(zhì)的檢測(cè)也是通過(guò)電磁波在經(jīng)過(guò)不同介質(zhì)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不同程度的變化。然后，根據(jù)接受的電磁波形狀、頻譜特性、時(shí)延等特點(diǎn)對(duì)介質(zhì)進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析。

為了增強(qiáng)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，地質(zhì)雷達(dá)必須具備相應(yīng)的信噪比。其中，具體的要求有：第一、足夠的深度分辨率。第二、足夠的方位分辨率。在進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)中使用的數(shù)據(jù)記錄有：一維、二維、三維數(shù)據(jù)集，而對(duì)于聲學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)又叫做：A掃描、B掃描、C掃描。

如果對(duì)接受天線接收到的幅度信號(hào)進(jìn)行灰度級(jí)進(jìn)行描述時(shí)，可以生成一個(gè)二維的圖像。其中，二維的圖像主要是針對(duì)地下介質(zhì)中的垂直切面進(jìn)行描述。如果接受到的B掃描，在平面上以一定的速度在X和Y軸移動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一種三維數(shù)據(jù)集。這種方式稱之為C掃描。

二、探地雷達(dá)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的逐漸廣泛應(yīng)用，除了具備多種學(xué)科相結(jié)合的技術(shù)之外，還憑借自身的特點(diǎn)開拓了應(yīng)用領(lǐng)域。其中，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在工程物探中應(yīng)用最為廣泛。

1.高分辨率：對(duì)于地質(zhì)雷達(dá)來(lái)說(shuō)，其分辨率可以精確到幾厘米，以及工作的頻率可以達(dá)到5000MHZ。再加上計(jì)算機(jī)的準(zhǔn)確分析，可以讓電磁波反射信號(hào)準(zhǔn)確的描述目標(biāo)介質(zhì)的尺寸、幾何特性等。

2.無(wú)損性：地質(zhì)雷達(dá)是一種新型的探測(cè)技術(shù)，代替了傳統(tǒng)的打鉆檢測(cè)方式。這種技術(shù)可以應(yīng)用在城市路面以及施工之間檢測(cè)上。

3.高效性：通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)監(jiān)測(cè)，對(duì)目標(biāo)介質(zhì)通過(guò)電磁波的方式進(jìn)行檢測(cè)，方便簡(jiǎn)單、效率高、減少勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.抗干擾能力強(qiáng)：地質(zhì)雷達(dá)監(jiān)測(cè)可以應(yīng)用到各種環(huán)境中，且通過(guò)相應(yīng)的野外檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行地下4緬層區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以有效降低成本，且準(zhǔn)確性高，不易受外界因素的干擾。

三、探地雷達(dá)在工程物探中的應(yīng)用實(shí)例

1.探地雷達(dá)在公路檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例

（1）工程概況

就某隧道工程為例，其隧道的全長(zhǎng)為360米，隧道建設(shè)初期使用砌石石拱，由于之前隧道的進(jìn)口處出現(xiàn)了一定的塌陷情況，所以對(duì)其進(jìn)口處增加了50米鋼筋混凝土明洞。之后，又因?yàn)槠鍪俺霈F(xiàn)漏水情況，又在隧道上鋪設(shè)了10CM的鋼筋混凝土防水層。這段時(shí)間，由于降雨量較大，造成隧道石砌拱漏水嚴(yán)重以及隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

（2） 檢測(cè)方案

在對(duì)此隧道進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，根據(jù)隧道的使用年限，再加上實(shí)際情況制定以下檢測(cè)方法：對(duì)隧道的頂部以及拱腰處進(jìn)行三線掃描，由于這兩位置鋼筋分布密集以及墻體較厚，可以使用900MHZ的高分辨率地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行掃描；對(duì)于隧道兩側(cè)的墻體進(jìn)行掃描時(shí)，可以使用兩線掃描。由于隧道墻體的地下深度較深，需要使用較大的深度探測(cè)。其中，可以選用400MHZ天線。

（3） 檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)過(guò)相應(yīng)的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：隧道進(jìn)口處的50米之內(nèi)主要以鋼筋混凝土為主，其中厚度約在50CM之間，鋼筋之間的距離均為30CM，鋼筋混凝土存在一定的縫隙，但是并沒(méi)有出現(xiàn)嚴(yán)重的缺陷；隧道的50～340米之間，石砌隧道頂部以及拱腰兩側(cè)的平均厚度在35CM之間，防水層的厚度在15CM之間，防水層處的平均鋼筋間距為40～45CM之間，隧道頂部以及兩側(cè)拱腰部分出現(xiàn)嚴(yán)重的脫空情況；隧道兩側(cè)的墻體厚度約為50CM，兩側(cè)的防水層厚度為25M，墻背位置出現(xiàn)了積水情況；路面的平均厚度為75CM，且路面以下出現(xiàn)了積水的情況。

（4）治理建議

第一、由于隧道大面積出現(xiàn)脫空的情況，可以對(duì)隧道進(jìn)行壓漿處理。其中，為了保證施工的安全性，可以對(duì)隧道進(jìn)行支架保護(hù)。此外，在注漿時(shí)，可以先注入小石子或者是沙子，然后再進(jìn)行水泥漿注入，這樣可以有效保證拱圈的受力均勻。第二、由于隧道路面的70CM以下出現(xiàn)積水的情況，應(yīng)對(duì)該位置進(jìn)行排水處理。其中進(jìn)行排水處理時(shí)可能會(huì)破壞隧道的拱腳，所以應(yīng)對(duì)拱腳位置進(jìn)行加固處理之后再進(jìn)行排水溝的修建，排水溝的鋪設(shè)應(yīng)該保證在地面1米以下位置。

2.地質(zhì)雷達(dá)在公路厚度檢測(cè)中的實(shí)例應(yīng)用

（1）工程概況

就某一路面工程來(lái)說(shuō)，這一路段是一級(jí)路白色路面，其中設(shè)計(jì)里程為K0+000-K29+925。這段公路的水泥混凝土厚度、水泥石灰穩(wěn)定土厚度、基層水穩(wěn)砂礫厚度分別為24CM、16CM、18CM?，F(xiàn)在要改造成全封閉的雙向四車道公路，其路基寬度為23CM，設(shè)計(jì)時(shí)速為100km/ h，公路表面采用15CM的瀝青混凝土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

（2）檢測(cè)項(xiàng)目

檢測(cè)瀝青砼路面的結(jié)構(gòu)厚度和雙向計(jì)58測(cè)線公里。

（3）野外檢測(cè)情況

對(duì)該路段進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)對(duì)本次公路的雙向路段進(jìn)行檢測(cè)。進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，每隔一米的距離進(jìn)行采點(diǎn)，然后檢測(cè)的車速控制在20km/h，使用的空氣耦合天線的中心頻率為2.5GHZ。

（4）檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理與分析

在通過(guò)室內(nèi)計(jì)算機(jī)的方式對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析的過(guò)程中，可以對(duì)路面的各個(gè)點(diǎn)的相對(duì)誤差、厚度值、合適是否、偏差等進(jìn)行計(jì)算說(shuō)明。數(shù)據(jù)檢測(cè)中可以按照兩種方式進(jìn)行計(jì)算：第一、以每個(gè)單位點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。第二、按照公路的平均段進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算中，可以按照每10米為一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，然后對(duì)每公里的100個(gè)點(diǎn)進(jìn)行公路質(zhì)量評(píng)定。其中計(jì)算公式如下：

式中：xL是厚度的代表；x是厚度的平均值；S為標(biāo)準(zhǔn)差；n為檢查數(shù)量；ta為t分布系數(shù)；

在進(jìn)行檢測(cè)結(jié)果計(jì)算時(shí)，應(yīng)該根據(jù)每公里為單位，對(duì)測(cè)量坐標(biāo)和厚度進(jìn)行函數(shù)圖表繪制。其中，在進(jìn)行變化曲線繪制時(shí)，紅色虛線代表設(shè)計(jì)值、黑色細(xì)線代表公路厚度值。然后根據(jù)相應(yīng)的變化曲線制作相應(yīng)的表格。表格中對(duì)滿足設(shè)計(jì)誤差的數(shù)值前標(biāo)注“是”，對(duì)于超過(guò)設(shè)計(jì)范圍的標(biāo)注“否”；極值大于單點(diǎn)值合格時(shí)標(biāo)注“是”，不合格時(shí)標(biāo)注“否”。

（5）檢測(cè)結(jié)論

通過(guò)計(jì)算分析提出檢測(cè)結(jié)論如下:

a.檢測(cè)全線長(zhǎng)28.612km。這一總路段實(shí)測(cè)厚度代表值的平均值為16.43CM，而這一路段反向總體實(shí)際測(cè)量厚度代表值為16.24CM。

b.正向路段K26+271-K27+299實(shí)際測(cè)量的最大代表值為20.03CM，而K26+681-K13+802實(shí)際測(cè)量的最小代表值為12.16cm 。

c.反向路段K7+110-K6+110實(shí)際測(cè)量的最大代表值為21.71cm而K18+588-K17+542實(shí)際測(cè)量的最小代表值為12.26cm 。

d.經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，滿足設(shè)計(jì)厚度14.2CM的路段占據(jù)整個(gè)總路段的89.03%，而低于該設(shè)計(jì)的厚度的路段占總路段的10.97%。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，可以有效提高工程的檢測(cè)質(zhì)量。本文通過(guò)對(duì)地質(zhì)雷達(dá)原理、優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明的同時(shí)，進(jìn)一步證明此技術(shù)在工程物探的重要性。

（作者單位：核工業(yè)二九0研究所）