探地雷達(dá)在高速公路運(yùn)營期路基病害檢測中的應(yīng)用研究

俞先江，王 正，鄭 鑫，馬圣昊，顧章川

(中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210014)

探地雷達(dá)在高速公路運(yùn)營期路基病害檢測中的應(yīng)用研究

俞先江，王 正，鄭 鑫，馬圣昊，顧章川

(中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210014)

通過采用探地雷達(dá)設(shè)備對江蘇省某運(yùn)營期高速公路的邊坡沖刷部位的路基進(jìn)行無損檢測，研究分析路基是否存在不密實(shí)、松散、脫空等病害，進(jìn)而提出針對性的處理措施對高速公路進(jìn)行加固，提高路基路面整體性，提升車輛行駛安全，為運(yùn)營期高速公路的養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)提供參考意見。

探地雷達(dá)；運(yùn)營期；高速公路；路基病害

1 探地雷達(dá)檢測原理

探地雷達(dá)的原理是通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁波，而后通過接收天線接收反射回地面的電磁波，電磁波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)遇到存在電性差異的界面時(shí)發(fā)生反射，介質(zhì)的差異性是電磁波發(fā)生反射的先決條件，根據(jù)接收到電磁波的波形、振幅強(qiáng)度和時(shí)間的變化特征判斷地下介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度。

探地雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理是在對雷達(dá)波進(jìn)行處理和分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場記錄的異常信號位置，利用介質(zhì)的電性特征，排除異常電磁波干擾，根據(jù)檢測對象和檢測目的的不同，再進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)處理步驟，真實(shí)的還原地下結(jié)構(gòu)特征，從而判斷目標(biāo)體的位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)。對于分析路基介質(zhì)的缺陷，通常需要進(jìn)行反卷積處理以消除垂直信號的干擾。

圖1 探地雷達(dá)探測示意圖

在道路路基病害檢測中一般使用100～900 MHz的屏蔽天線，雷達(dá)測線一般沿道路路面走向布設(shè)，根據(jù)檢測目的，可適當(dāng)布置橫向測線(與道路走向垂直)，測線間距要視工程性質(zhì)和探測對象的幾何形態(tài)而定。在采取探地雷達(dá)進(jìn)行現(xiàn)場檢測時(shí)，應(yīng)隨時(shí)根據(jù)異常信息，根據(jù)檢測目標(biāo)和對象的不同，可合理選擇天線型號、采樣時(shí)窗、增益的大小和疊加次數(shù)，以消除各種電磁干擾，獲得較好的測試效果。

2 探地雷達(dá)數(shù)據(jù)處理步驟

數(shù)據(jù)處理采用美國GSSI 公司專門研發(fā)的地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件RADAN6.0進(jìn)行，RADAN6.0 是一款基于Windows 平臺的雷達(dá)處理軟件，具有處理功能強(qiáng)大，界面友好等特點(diǎn)，包括全套濾波，反褶積、希伯特變換、數(shù)據(jù)編輯、偏移、地形校正、比例調(diào)節(jié)、三維成像顯示、分層解釋、速度分析。

圖2 數(shù)據(jù)處理流程

3 工程應(yīng)用分析

江蘇省某高速公路由于連續(xù)的降雨，路基邊坡發(fā)生了嚴(yán)重的雨水沖刷，該高速下行K29+360處右側(cè)邊坡路段存在一處預(yù)埋的通訊設(shè)施，雨水長期沖刷后造成路基邊坡垮塌，并對路基造成一定損害(局部路基下已脫空)，目前已采取灌沙充填路基空洞。上行K32附近(150 m范圍，拱形護(hù)坡局部被破壞、急流槽被破壞、截水溝破損)，其中上行K31+980～K32+030處最為嚴(yán)重，該處邊坡坍塌已導(dǎo)致部分二灰碎石層裸露。

檢測路段為填方路基，路基邊坡填土高度H>3 m，上路堤壓實(shí)度≥94%，下路堤壓實(shí)度≥93%。當(dāng)基底處于上路堤范圍時(shí)，基底的壓實(shí)度≥上路堤的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)94%，路床部分80 cm采用6%石灰處治土填筑(壓實(shí)度96%)。

工程地質(zhì)特征：上部土層為全新統(tǒng)稍密—中密粉砂，局部夾淤泥質(zhì)亞粘土，連續(xù)分布，埋深淺，厚度較大，粉砂具輕微—中等液化潛勢。中下部多為密實(shí)狀粉砂、細(xì)砂及中粗砂，長江河道處下部顆粒較粗，兩岸則較細(xì)，層厚巨大。

由于檢測路段為填方路基，本次檢測采用美國GSSI設(shè)備，主機(jī)型號為SIR3000型探地雷達(dá)，天線型號為100 MHz和400 MHz。100 MHz參考檢測深度為10 m，精度為0.2 m；400 MHz參考檢測深度為2 m，精度為0.06 m，檢測設(shè)備滿足檢測要求。

檢測范圍： K29+284～K29+404下行超車道、行車道及硬路肩， K32+000～K32+100段上行硬路肩，檢測時(shí)根據(jù)現(xiàn)場情況布置縱向測線和橫向測線，病害嚴(yán)重位置采取加密測線布置。檢測指標(biāo)為路基內(nèi)部完整性。

3.1 測線布置方式

圖3 下行K29+284～K29+404測線布置圖

圖4 上行K32+000～K32+100測線布置圖

3.2 探測結(jié)果分析

(1)下行K29+284～K29+404段

縱向測線檢測結(jié)果：下行K29+284～K29+404段硬路肩、行車道、超車道分別布置2條測線，對雷達(dá)圖形進(jìn)行分析，400 MHz探測天線與100 MHz探測天線均表明K29+352～K29+368路基在埋深0.8～1.3 m位置存在不同程度的松散、脫空情況。

橫向測線檢測結(jié)果：400 MHz探測天線與100 MHz探測天線均表明在距離路表0.8～1.3 m處的路基橫向不連續(xù)，存在松散的現(xiàn)象，同時(shí)橫向測線結(jié)果與縱向測線檢測結(jié)果具有較好的關(guān)聯(lián)性。探測結(jié)果表明路基空洞是由于雨水沿著內(nèi)側(cè)的電力井滲透到路基，貫穿整個(gè)路幅寬度，雨水從邊坡沖刷嚴(yán)重位置滲透出來，形成較大的路基空洞。

處理建議：該段落由于路基邊坡沖刷嚴(yán)重，同時(shí)在內(nèi)側(cè)的電力井由于連續(xù)降雨，雨水沿著內(nèi)側(cè)的電力井滲透到路基，貫穿整個(gè)路幅寬度，形成路基空洞和不密實(shí)病害，并從邊坡沖刷嚴(yán)重位置雨水滲透出來，形成較大的路基脫空。因此建議對該段落路基進(jìn)行加固處理，同時(shí)對邊坡進(jìn)行防護(hù)。

(2)上行K32+000～K32+100段

縱向測線檢測結(jié)果：所檢測區(qū)域道路結(jié)構(gòu)層分層較為明顯，路基未見明顯病害。橫向測線檢測結(jié)果：所檢測區(qū)域道路結(jié)構(gòu)層分層較為明顯，橫向連續(xù)性較好，路基未見明顯病害。

探地雷達(dá)結(jié)果與該段落現(xiàn)場情況較吻合，表明該段落路基邊坡沖刷未對路基結(jié)構(gòu)層造成損害，因此該段落的加固處理，僅需對路基邊坡進(jìn)行加固處理。

根據(jù)檢測目的不同，采取2種型號的天線，分別布置了不同數(shù)量的縱向測線和橫向測線，查出了路基空洞原因，提出了處理建議；2個(gè)段落的雷達(dá)檢測結(jié)果表明探地雷達(dá)設(shè)備檢測高填方路基內(nèi)部質(zhì)量是可行、有效的，同時(shí)橫向測線結(jié)果能驗(yàn)證縱向測線結(jié)果，提高檢測結(jié)果可靠度。

4 結(jié)論與展望

(1)本文運(yùn)用了探地雷達(dá)設(shè)備對運(yùn)營期高速公路的路基進(jìn)行病害探測，取得了較好的應(yīng)用效果，解決了工程問題。

(2)研究成果表明采取400 MHz和100 MHz天線對運(yùn)營期高速公路路基病害檢測可行性較好，400 MHz不僅能夠探測出路面結(jié)構(gòu)層病害，同時(shí)能夠探測出路床區(qū)域范圍內(nèi)的路基病害；100 MHz可對高填方路基進(jìn)行探測，判斷路基深部是否存在缺陷。因此建議采取兩種天線對路基缺陷進(jìn)行探測。

(3)根據(jù)探地雷達(dá)無損檢測結(jié)果，提出了路基病害加固處理措施，為運(yùn)營期高速公路的養(yǎng)護(hù)提供了參考建議。

(4)無損檢測將是工程應(yīng)用的一個(gè)趨勢，尤其對于運(yùn)營期高速公路，推廣無損檢測手段，有助于減少對現(xiàn)有路基路面造成損害，提高效率，節(jié)約國家資產(chǎn)。

[1] 江凱.探地雷達(dá)在路基檢測中的應(yīng)用研究[D].西南交通大學(xué)，2011.

[2] 謝昭暉，李金銘.探地雷達(dá)在道路路基病害探測中的應(yīng)用研究[J].地質(zhì)與勘探，2007，43(5)：92-95.

[3] 趙建三，郭云開，唐平英，等.探地雷達(dá)在公路路基質(zhì)量檢測中的應(yīng)用研究[J].長沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，19(1)：25-30.

AdissertationontheapplicationresearchoftheGroundPeretrationRadar(GPR)inroadbeddiseasedetectionduringoperationalphaseofexpressway

YU Xian-jiang，WANG zheng，ZHENG Xin，MA Sheng-hao，GU Zhang-chuan

(China Design Group Co., Ltd.,Nanjing,Jiangsu 210014，China)

By means of ground penetrating radar (GPR) equipment for an operating period of Jiangsu province highway subgrade slope erosion parts of the nondestructive testing, research and analysis of subgrade whether diseases, such as imperfect, loose, escapes, put forward specific measures to reinforce the highway, improve subgrade pavement integrity, improve vehicle safety, provide a reference for operation period of highway maintenance design.

the Ground Penetrating Radar (GPR)；operation phase；the highway；roadbed diseases

2017-03-29

俞先江(1978-)，男，高級工程師，主要從事道路工程檢測等工作。

江蘇省2016交通運(yùn)輸科技與成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目：項(xiàng)目名稱《江蘇省公路工程質(zhì)量監(jiān)督檢查標(biāo)準(zhǔn)化研究》，項(xiàng)目編號：2016B04。

U415.5

：C

：1008-3383(2017)07-0022-02