透地雷達(dá)技術(shù)在公路質(zhì)量隱患中的應(yīng)用研究

邢慶祝 鐘梁 任衛(wèi)波

摘要：本文通過工程實(shí)例，就透地雷達(dá)在路面脫空和路基不密實(shí)病害方面的探測(cè)應(yīng)用進(jìn)行了分析，對(duì)異常信號(hào)的識(shí)別作了重點(diǎn)研究。研究結(jié)果豐富了透地雷達(dá)技術(shù)在公路質(zhì)量隱患探測(cè)中的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)透地雷達(dá)異常信號(hào)的解釋識(shí)別具有較大意義。

關(guān)鍵詞：路面脫空；路基病害；透地雷達(dá)；異常信號(hào)

1.前言

路面脫空、基層破損、路基不密實(shí)及濕軟等路基病害問題是公路使用過程中的常見問題，嚴(yán)重影響到行車舒適性和運(yùn)輸效益，甚至威脅到行車安全。應(yīng)用快速、有效的方法檢測(cè)道路結(jié)構(gòu)狀況，提前探測(cè)路面脫空、基層破損、路基不密實(shí)及濕軟等隱患，為公路的維護(hù)檢修提供有力依據(jù)，對(duì)提供道路使用品質(zhì)、延長使用壽命等方面具有重要意義。透地雷達(dá)技術(shù)因其分辨率高，測(cè)試速度快、無損、成本低等特點(diǎn)，被應(yīng)用于工程建設(shè)的多個(gè)領(lǐng)域。20世紀(jì)70年代，透地雷達(dá)技術(shù)在公路及鐵路探測(cè)上得到應(yīng)用。

2.透地雷達(dá)探測(cè)公路質(zhì)量的原理與工作方法

透地雷達(dá)探測(cè)是一種以被探測(cè)體內(nèi)部不同介質(zhì)的介電常數(shù)差異為基礎(chǔ)的物探方法。它通過發(fā)射天線向被探測(cè)體內(nèi)部發(fā)射高頻電磁波脈沖，通過接收天線接收由此脈沖遇到介質(zhì)的介電常數(shù)變化界面時(shí)產(chǎn)生的反射波，根據(jù)反射波進(jìn)行信號(hào)分析。公路由于路面層、基層及墊層由不同材料組成，因此路面層與基層及基層與墊層之間存在著較明顯的介電常數(shù)差異，當(dāng)出現(xiàn)脫空后由于空隙的存在，使得脫空處與路面層及基層之間也具有明顯的介電常數(shù)差異，當(dāng)路基內(nèi)的物質(zhì)疏松、存在空洞時(shí)與周圍密實(shí)物質(zhì)之間也有明顯的介電常數(shù)差異，這些均滿足透地雷達(dá)探測(cè)的地球物理前提。

在公路路面面層厚度、面層質(zhì)量及面層底部脫空情況探測(cè)中通常選用900MHz和1000MHz主頻的天線，探測(cè)深度可達(dá)0.7m以內(nèi)和0.5m以內(nèi)；探測(cè)面層以下潛在病害的多采用400MHz和100MHz的主頻天線，探測(cè)深度可達(dá)3.0m以內(nèi)和8.0m以內(nèi)。

3.實(shí)例分析

廣州市某高速公路，原路面為水泥砼路面，設(shè)計(jì)砼路面層厚度為25cm和30cm（因路段而異）。因車輛長期通行，已有部分路段的路面出現(xiàn)裂縫、下陷等破損現(xiàn)象，說明路面層以下存在不同程度的脫空。為查明路面層以下存在的脫空情況，使用美國GSSI公司生產(chǎn)的SIR20型透地雷達(dá)系統(tǒng)和900MHz主頻的天線對(duì)出現(xiàn)路面裂縫的路段進(jìn)行了探測(cè)。

中山市某城市道路，截污干管頂管后局部出現(xiàn)路面下沉、塌陷，為查明頂管路段管線中線附近區(qū)域行車道范圍內(nèi)路面以下因頂管施工造成的路基病害問題，選用100MHz主頻的天線對(duì)其進(jìn)行了探測(cè)。

3.1混凝土路面脫空信號(hào)分析

透地雷達(dá)信號(hào)經(jīng)專業(yè)軟件處理后，采用鉆芯法進(jìn)行混凝土路面脫空異常信號(hào)的標(biāo)定，經(jīng)過多次對(duì)比驗(yàn)證，根據(jù)采集信號(hào)及鉆芯驗(yàn)證結(jié)果，將路面脫空信號(hào)分為三種類型進(jìn)行解釋：

Ⅰ類—輕微脫空，豎向脫空高度≤0.5cm，對(duì)應(yīng)的雷達(dá)反射信號(hào)稍強(qiáng)（與周圍信號(hào)比較），同相軸略呈弧狀，如圖1所示。

Ⅱ類一中等脫空，豎向脫空高度0.5m～1.0cm，對(duì)應(yīng)的雷達(dá)反射信號(hào)較強(qiáng)（與周圍信號(hào)比較），同相軸明顯錯(cuò)斷，呈弧狀彎曲，如圖1所示。

Ⅲ類一嚴(yán)重脫空，豎向脫空高度>1.0cm，對(duì)應(yīng)的雷達(dá)反射信號(hào)很強(qiáng)（與周圍信號(hào)比較），同相軸明顯錯(cuò)斷，呈弧狀彎曲，反射頻率低，如圖1所示。

3.2路基病害隱患信號(hào)的分析

路基病害隱患異常信號(hào)的標(biāo)定驗(yàn)采用輕便觸探法進(jìn)行，經(jīng)過多次對(duì)比驗(yàn)證，根據(jù)采集信號(hào)及輕便觸探驗(yàn)證結(jié)果，將路基病害隱患信號(hào)分為三種類型進(jìn)行解釋：

Ⅰ類—輕微疏松，輕便觸探擊數(shù)15擊～20擊（每下降30cm，下同），對(duì)應(yīng)的雷達(dá)反射信號(hào)振幅強(qiáng)度基本一致，反射波同相軸連續(xù)并且比較穩(wěn)定，如圖2。

Ⅱ類—中等疏松，輕便觸探擊數(shù)10擊～15擊，對(duì)應(yīng)的雷達(dá)反射信號(hào)較強(qiáng)（與周圍信號(hào)比較），同相軸明顯錯(cuò)斷，呈弧狀彎曲，如圖2。

Ⅲ類—嚴(yán)重疏松或空洞區(qū)域，輕便觸探擊數(shù)10擊以下，對(duì)應(yīng)的雷達(dá)反射信號(hào)相對(duì)強(qiáng)振幅、同相軸發(fā)生畸變而局部雜亂，當(dāng)出現(xiàn)空洞區(qū)域時(shí)，將呈現(xiàn)強(qiáng)振幅弧形彎曲，如圖2。

4.結(jié)論

透地雷達(dá)技術(shù)探測(cè)公路質(zhì)量隱患，具有分辨率高，測(cè)試速度快的優(yōu)勢(shì)，屬于無損探測(cè)。通過對(duì)實(shí)測(cè)資料的處理、分析，對(duì)于混凝土路面脫空信號(hào)，經(jīng)過鉆芯法對(duì)各異常信號(hào)的標(biāo)定驗(yàn)證，可按豎向脫空高度≤0.5cm的輕微脫空、0.5cm<豎向脫空高度0.5cm～1.0cm的中等脫空和豎向脫空高度>1.0cm的嚴(yán)重脫空三種類型進(jìn)行解釋識(shí)別；對(duì)于路基病害隱患信號(hào)，經(jīng)過輕便觸探驗(yàn)證，可按輕便觸探擊數(shù)15擊～20擊的輕微疏松、擊數(shù)10擊～15擊的中等疏松和擊數(shù)10擊以下的嚴(yán)重疏松或空洞區(qū)域三種類型進(jìn)行解釋識(shí)別。