地質(zhì)雷達技術(shù)在公路建設(shè)中的應(yīng)用

李 劍，李冬冬，馬 鑫，湯 鑫

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局321地質(zhì)隊，安徽 銅陵 244000)

改革開放以來,我國公路建設(shè)突飛猛進,但原有的鉆探取芯、開挖抽樣等勘查和工程質(zhì)量檢測手段效率低、代表性差、成本高，并且對工程有破壞。世界上各國都在發(fā)展快速、高效、經(jīng)濟、簡便的勘查和工程質(zhì)量無損檢測技術(shù),地質(zhì)雷達是能滿足上述要求的高新技術(shù)之一。

1 地質(zhì)雷達檢測技術(shù)

1.1 基本原理

地質(zhì)雷達檢測技術(shù)相關(guān)的基本原理主要是利用不同材料中的高頻電磁波現(xiàn)象和數(shù)據(jù)差異來分析具體的地質(zhì)情況。在公路建設(shè)測試過程中，需要具體應(yīng)用雷達探測技術(shù)。首先發(fā)射高頻電子波脈沖，在傳播過程中，通過暴露在地質(zhì)深度的電磁波再次反射，可以對在接收器中反映的數(shù)據(jù)進行深層分析和整理。地下混凝土條件進行預(yù)測有關(guān)道路工程的地下結(jié)構(gòu)及相關(guān)危害進行精準評估。地質(zhì)雷達檢測技術(shù)在公路建設(shè)中被深入發(fā)掘，對現(xiàn)有檢測過程中與地質(zhì)沒有實質(zhì)性接觸的基本問題進行優(yōu)化，通過物理方式將公路建設(shè)的破壞降到最低。

1.2 檢測依據(jù)

地質(zhì)雷達檢測技術(shù)的優(yōu)點是使得公路建設(shè)過程中沒有受損或損害較少，更多的是將其應(yīng)用于表面公路建設(shè)的檢測當中。其缺點是檢測的深度小，但分辨率更高，因此需要檢測的公路部分區(qū)域與周圍的土地成分是截然不同的，只有當公路的一個區(qū)域和其他區(qū)域有電性差時，接收的信號更為明顯。依據(jù)目前的技術(shù)看，我國公路建設(shè)的質(zhì)量并不是很理想，包括表層，基層，路基層三層。在公路建設(shè)時，由于踐踏、風(fēng)吹雨打及車輛穿梭等，因此在表層及承受重量的基層采取混凝土及瀝青，夾雜碎石及石灰。其中水泥混凝土的相對介電常數(shù)是3～5，而瀝青是5～10，但較多公路建設(shè)相對的介電常數(shù)均為8以上，因此來說，當公路建設(shè)的三個層次結(jié)構(gòu)存在較大差距，檢測的結(jié)果才會精確。

2 地質(zhì)雷達適用過程

公路建設(shè)包含勘探設(shè)計、建設(shè)施工、竣工驗收、試運行及維護。在各種頻率的天線下，地質(zhì)雷達檢測深度的領(lǐng)域是0～50 m，其分辨率、工作速度、結(jié)果直接顯示和儀器的輕量性都比其他常用的探測方法好得多，也可根據(jù)情況進行改變，見表1。

表1 檢測深度與天線中心頻率關(guān)系

公路勘探設(shè)計中可利用地質(zhì)雷達來勘探路線：①工程地質(zhì)地層劃分；②水文地質(zhì)條件與潛水面和附屬區(qū)域劃分；③人文地質(zhì)條件，如古墓的勘探、電纜等人工洞及古墓。

公路建設(shè)施工中用地質(zhì)雷達檢測表層及基層厚度、壓實度，在隧道中公路的建設(shè)時，也可用地質(zhì)雷達提前檢測也許會遇到某些障礙物，還可以進行質(zhì)量檢查等。

公路竣工驗收和試運行利用地質(zhì)雷達對路面基層及厚度、密度、含水量、有無裂縫、有無漏洞等公路質(zhì)量進行檢查。

公路建設(shè)維護利用地質(zhì)雷達不間斷監(jiān)察公路各層含水率值，觀察各層之間得差異性及是否存在空隙等。就可以大致縮小公路建設(shè)中病害類型、距離及輕重性，解決是否進行修補火重新建設(shè)。維護后看是否達到預(yù)期目的。

總之，地質(zhì)雷達技術(shù)是一項在公路建設(shè)中應(yīng)用最多且最有效的公路建設(shè)檢測的新技術(shù)。

3 具體應(yīng)用分析

3.1 路面厚度檢測

公路建設(shè)過程中的路面厚度是關(guān)乎其質(zhì)量評價的重要方面。公路建設(shè)過程中，表面鋪設(shè)的質(zhì)量和具體數(shù)據(jù)對公路建設(shè)施工時具有決定性作用。目前，不少公路建設(shè)單位為了穩(wěn)定公司效益，降低路面厚度及材料質(zhì)量、成本等，從而對公路建設(shè)工程的質(zhì)量標準造成嚴重后果。因此，對公路建設(shè)的路面厚度測定技術(shù)將其合理化調(diào)整，地質(zhì)雷達技術(shù)比其余一些技術(shù)有著準確度高的優(yōu)勢，在施工過程中，可以根據(jù)路面厚度對應(yīng)用地質(zhì)雷達技術(shù)進行更為準確測定，從而提高施工質(zhì)量。

根據(jù)材料及公路程度，路面厚8～30 cm，基層厚20～40 crn。水泥層厚容許5～10 mm的差值，瀝青層和底層厚容許±10%的差值，見表2。

表2 公路面層地質(zhì)雷達測量和實際厚度對照表(單位：cm)

表3是西安市某公路的瀝青地面與2-石灰底層的總厚度經(jīng)鉆探穿孔測量結(jié)果與經(jīng)地質(zhì)雷達(500MHz)測量結(jié)果的對照表。由于孔的兩面位于洞穴中，地層與地面的厚度變化較大，施工與雷達線路的位置不一致，因此個別數(shù)據(jù)的變化很大。

表3 結(jié)果對照表

3.2 路面病害檢測

在對公路病害進行檢查時，尋找原因是十分重要。目前，對公路路面的技術(shù)監(jiān)測多，但能夠精準檢測出公路病害原因的卻少之又少。如果不能清楚地找出公路損壞具體現(xiàn)象，最終只能是無目的地維持公路現(xiàn)狀，而且要消耗大量的人力以及物力，更有甚者連問題在哪里都找不到，自然也就不能加以修復(fù)。

公路病害成因包括：①對于公路的路基，一般情況下，因為混凝土中水分較多，導(dǎo)致其承重量小，在里外溫度差異大、壓縮強度不足等危害下，造成路基沉降、空洞、巖洞甚至滑動或退卻等病害；②路面需要抵御中型汽車及天氣變化，在多種不利因素作用下，路面使用壽命逐漸縮短，路面下沉，產(chǎn)生很多的車轍振動現(xiàn)象等；③由于道路構(gòu)造層的滲透性不強，路面積水造成公路體脆弱等現(xiàn)象；④還有其他多方面的因素也可導(dǎo)致公路破壞，如公路質(zhì)量不達標、天氣與人為因素等，均會造成公路病害。路基及路面問題的產(chǎn)生原因也是多方面的，是二者在各自作用下所帶來的影響。例如，某公路因長期使用而發(fā)生地面松弛的現(xiàn)象后，工作人員使用地質(zhì)雷達對其病害進行檢查分析，發(fā)現(xiàn)反射波起伏強烈，如圖1所示，這表明公路的基層頂面有松弛現(xiàn)象。

圖1 公路基層頂面松散雷達圖像

公路竣工使用后，隨著時間的推移以及使用過程中發(fā)生破裂，公路路面的基本功能逐漸退化，進而產(chǎn)生相應(yīng)的病害。利用地質(zhì)雷達檢測技術(shù)對路面病害進行有效檢驗并加以整治修復(fù)，將會不斷提高公路使用壽命。合理利用此技術(shù)，在實際施工檢驗中可以將無接觸與零病害進行有效連接，對公路病害的檢測具有非常及時和有效的意義。

4 結(jié)束語

綜上所述，公路建設(shè)中的質(zhì)量好壞對人們的生命安全以及社會經(jīng)濟等有著不容忽視的影響。因此需要有關(guān)部門在公路建設(shè)時加強對路面厚度、病害等的檢測，并采取相應(yīng)的方法解決存在的問題。地質(zhì)雷達是一種速度快、便攜、經(jīng)濟效益高的新技術(shù)，在公路建設(shè)檢測中比其他試驗檢測手段的適用范圍更廣，且效果較好，應(yīng)用前景也越來越大。不過，同其他方法類似，地質(zhì)雷達技術(shù)也并不是適用于所有情況，因此需要根據(jù)情況選用適當技術(shù)來實現(xiàn)檢測。總之，逐漸深化地質(zhì)雷達檢測技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，將進一步提高公路建設(shè)的安全性和質(zhì)量。