基于市政道路三維探地雷達(dá)檢測技術(shù)研究

韓 舒

(太原市市政公共設(shè)施管理處，山西 太原 030024)

1 三維探地雷達(dá)系統(tǒng)工作原理

與其他類型的技術(shù)相比三維探地雷達(dá)的獨特性在于在開展工作的過程中能夠在很大程度上對路面形成保護，不會導(dǎo)致路面損傷現(xiàn)象的發(fā)生。該技術(shù)的主要工作原理在于在天線的作用下實現(xiàn)電磁波向路面的傳遞，隨后有專門的設(shè)備負(fù)責(zé)信號接收工作，所有數(shù)據(jù)的分析都是憑借雷達(dá)主機實現(xiàn)的。在本文的研究中根據(jù)實際工程情況以及病害檢測和養(yǎng)護要求，選擇三維探地雷達(dá)無損檢測系統(tǒng)，如圖1所示。

2 工程概況

晉城鳳臺西街—新市西街項目線路總長度是129.85 km，采用三車道一級公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度60 km/h～100 km/h。本次病害治理無損檢測涉及新市西街東起澤州路、西至西環(huán)路共計2 980 m，工程涉及范圍如圖2所示。

3 病害及檢測方案

3.1 病害

新市西街日交通量大，由于區(qū)域內(nèi)商業(yè)裙樓、行政中心辦公區(qū)域都較為集中，所以路段的車流量大，道路病害也較為突出，如路基下沉、車轍，坑槽修改破損及橫、縱向裂縫等，主要病害如圖3～圖5所示，雷達(dá)檢測如圖6，圖7所示。

橫、縱向裂縫是市政道路中半剛性基層瀝青路面的最為典型的主要病害之一。圖3橫縫位于泰豐路段，根據(jù)雷達(dá)檢測進行病害調(diào)查(見圖4，圖5)，雷達(dá)檢測后橫縫存在面層出現(xiàn)松散、水泥穩(wěn)定碎石基層橫縫處破碎，部分縱縫還伴有一定沉陷現(xiàn)象(見圖4)。

為了更好的了解影響新市西街項目路段病害的主要因素，過去瀝青路面的常見問題就是出現(xiàn)破損現(xiàn)象，同時由于路面所承載的壓力較大，隨著時間的推移會導(dǎo)致其穩(wěn)定性受到一定影響，除此之外，天氣狀況也是導(dǎo)致瀝青路面破損的一個重要因素。介電常數(shù)實際上可以將路面的主要變化完整的呈現(xiàn)出來，方便為研究人員提供有效的數(shù)據(jù)。

3.2 測定方案

為了使介電常數(shù)更具代表性、能夠更加科學(xué)的將問題反映出來，在具體的檢測過程中由于路面所處的地理位置不同，地質(zhì)條件各異，因此空隙率數(shù)據(jù)之間也存在一定的差別，我們可以借助無核密度儀PQI380的幫助對檢測的實時數(shù)據(jù)進行測算，該儀器能夠在較短的時間內(nèi)達(dá)到數(shù)據(jù)測定的目的，同時所取得的數(shù)據(jù)信息較為精準(zhǔn)。

結(jié)合新市西街項目路段所存在的典型病害應(yīng)用三維探地雷達(dá)技術(shù)進行了無損檢測，從數(shù)據(jù)信息來看，該技術(shù)的準(zhǔn)確性是毋庸置疑的，能夠起到很好的無損檢測效果。通過對呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)進行分析還可以得出探地雷達(dá)對高度有嚴(yán)格的要求，在1.5 m范圍內(nèi)是可以準(zhǔn)確區(qū)分洞底與洞頂反射的，但當(dāng)高度超出這個范圍的時候就不能完成區(qū)分任務(wù)。導(dǎo)致這種現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因在于受環(huán)境的影響高頻電磁波的能量發(fā)生了銳減現(xiàn)象。

4 三維探地雷達(dá)檢測技術(shù)

4.1 數(shù)據(jù)收集

運用車載三維地基穿透雷達(dá)系統(tǒng)能夠快速完成新市西街項目路段掃描，在進行新市西街項目路段掃描過程中掃描車輛速度可達(dá)60 km/h～80 km/h。在確保設(shè)備安全使用的前提下，研究道路狀況、獲取參數(shù)、檢測速度之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，確定三維地面穿透雷達(dá)在數(shù)據(jù)獲取中的基本數(shù)據(jù)參數(shù)。根據(jù)不同的檢測任務(wù)(空洞檢測、管線檢測、非金屬管線檢測等)，研究三維地面穿透雷達(dá)的最佳檢測參數(shù)，檢測最佳檢測數(shù)據(jù)，包括檢測疊加時間、縱向采樣間隔等核心參數(shù)。每個采樣點多次收集疊加次數(shù)的數(shù)量，采用平均值排除噪聲信號影響，但疊加次數(shù)的增加會影響收集速度。采樣間隔是雷達(dá)行進方向的采樣間隔，影響水平界面的雷達(dá)分辨率。通常，目標(biāo)上至少有三個采樣點，即目標(biāo)物長度小于1/3采樣間隔。

4.2 數(shù)據(jù)處理

對新市西街項目路段掃描收集到的數(shù)據(jù)進行:預(yù)處理、插值、偏移和后處理四個步驟的數(shù)據(jù)處理。

1)預(yù)處理。

首先，將雷達(dá)數(shù)據(jù)進行直流漂移去除和時間零校正，進行數(shù)據(jù)去除、振幅校準(zhǔn)、帶通濾波、天線信號去除等處理。

2)插值。

雷達(dá)資料的后續(xù)移轉(zhuǎn)處理需要插入矩形格點。數(shù)據(jù)不是在所有區(qū)域一次插值，而是插值到多個塊中。

3)偏移處理。

偏移用于恢復(fù)反射器的真實位置和形狀，特別是應(yīng)用于拋物線對象時。獲取移動速度需要根據(jù)已知目標(biāo)主體的特定嵌入深度和時間深度計算平均速度。各層的介電常數(shù)和平均速度在不同區(qū)域也不同。

4)后處理。

后處理包括振幅校正、帶通濾波、地形校正、瞬時振幅，振幅校正和帶通濾波與預(yù)處理原理相匹配的處理。地形校正用于處理由地形引起的靜態(tài)漂移。更改項目速度會更改地形修正的結(jié)果。因此，在修正地形之前必須設(shè)置適當(dāng)?shù)捻椖克俣取Ｋ矔r振幅濾波根據(jù)每個使用中的原始數(shù)據(jù)軌道計算包絡(luò)線，以便更準(zhǔn)確地查看反射器邊界和整個區(qū)域的振幅變化。當(dāng)目標(biāo)區(qū)域及其相鄰區(qū)域的振幅不同時，濾波效果非常明顯。

4.3 異常識別

分析新市西街項目路段病害及其影響范圍在其的主要道路區(qū)域普遍發(fā)生的地基坍塌規(guī)模遠(yuǎn)大于輔助道路面積。在汽車車道上，長時間推壓路面、振動的車輛較多，路面下的空隙等疾病的隱藏危險逐漸增加，土壤層逐漸失去連接應(yīng)力，路面的瀝青層失去支撐力，引起了廣泛的道路病害。但是，人行道的病害主要是由路面和地面磚下不均勻、密集的回填土壤引起的。有些區(qū)域位于綠色皮帶的邊緣。長期灑水會增加人行道下的土壤層含水量，造成人行道下的土壤層損失，形成空隙。城市地下疾病的種類分為空洞病、空化病、松散病、水豐富的異常等。缺陷程度(包括疾病平面范圍、縱向擴展、頂表面埋沒深度和疾病組合)的因素對道路塌陷和損傷程度有不同的影響。

5 結(jié)語

三維探地雷達(dá)無損檢測技術(shù)應(yīng)運而生，與時代的發(fā)展需求相符合。從該技術(shù)的主要功能角度來看與其他技術(shù)之間存在較大的差異性，將該技術(shù)應(yīng)用于市政道路無損檢測中，對于市政公路運維養(yǎng)護和日常檢測提供了重要的技術(shù)支撐。文章中結(jié)合新市西街項目的病害檢測項目，所取得的檢測結(jié)果經(jīng)由無核密度儀對數(shù)據(jù)測定，表明了三維雷達(dá)用于市政道路無損檢測的數(shù)據(jù)信息結(jié)果可信，預(yù)期效果較為理想。文章結(jié)合新市西街項目，從實踐角度論述了三維雷達(dá)用作市政道路無損檢測技術(shù)的主要優(yōu)勢以及可行性，表明該技術(shù)是可以被廣泛應(yīng)用的。