探地雷達在市政工程下方缺陷探測中的應用

王濤 楊逍 龔源

摘 要： 探地雷達是基于現(xiàn)代科技而產(chǎn)生的一種地質(zhì)探測性技術(shù)，其由于能夠透過地表對地表深處情況進行探測，所以也稱透地雷達。該技術(shù)主要利用10.6-10.9Hz的無線電波進行地下介質(zhì)的探測，所以其探測基本不會對地下介質(zhì)本身產(chǎn)生任何影響，屬于無損探測范疇。今天，探地雷達不僅以其現(xiàn)代高新技術(shù)領域的最高成就應用在儀器設備上，而且也廣泛的應用到了其他領域。如現(xiàn)代城市發(fā)展下，市政工程中運用探地雷達檢測技術(shù)原理快速、高精度地反映工程的缺陷，以便及時修復并提高工程整體質(zhì)量與安全。本文就主要針對探地雷達在市政工程下方缺陷探測中的運用展開初淺探討。

關(guān)鍵詞： 探地雷達;檢測;公路

【中圖分類號】TU959 ? ? 【文獻標識碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.38.078

1 探地雷達概述

探地雷達是基于平面諧波在介質(zhì)中所呈現(xiàn)出的傳播規(guī)律而研發(fā)出來的。其在地面部分利用發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻率電磁波，再利用接收電線接收反饋至地面的電磁波。因為電磁波在地下介質(zhì)會因傳播頻率分量的不同而形成不同的相速傳播，所以傳播過程中必然產(chǎn)生信號波形的畸變。探地雷達最終結(jié)合接收天線接收到的電磁波的相關(guān)特征來進行分析，就可以形成對地下介質(zhì)或目標體情況的判斷，進而掌握地下的具體情況。探地雷達通常采用高頻脈沖電磁波進行探測，所遇的介質(zhì)一般可以簡化為各向同性介質(zhì)，但有時也需要考慮各向異性的問題。

探地雷達是一種高速，高分辨探測技術(shù)，可以對路面及地下目標進行無損檢測等，追趕著現(xiàn)代社會發(fā)展步伐，探地雷達其精確確定缺陷區(qū)的形態(tài)位置、大小和深度，無損檢測操作方便、高速，節(jié)省勞力，不受周邊環(huán)境影響等特點正慢慢應用在國內(nèi)外的公路和城市道路中。

2 探地雷達的應用范圍

我國高速公路的快速發(fā)展使得現(xiàn)代公路質(zhì)量檢測任務日益繁重，探地雷達無損檢測技術(shù)的應用優(yōu)勢也日益凸顯。此外，已經(jīng)建成的公路后續(xù)維護工作、路況質(zhì)量安全保障工作等的工作量也再急劇加大，所以如何在不破壞路面原有結(jié)構(gòu)以及不影響車輛正常行駛的前提下，能夠更有效的對公路質(zhì)量進行精準控制就成為一個難題。而探地雷達也正是在解決這一難題的過程中被廣泛應用的。

2.1 道路厚度檢測

實際工作中在道路質(zhì)量控制方面，道路面層厚度檢測無疑是無損檢測的最重要的一部分。一般道路路面厚度10至20厘米，高等級道路路面厚度20至30厘米，而機場跑道路面厚度約40厘米。以往所采用的鉆心取樣法實際應用中會破壞原有的路面結(jié)構(gòu)，耗時耗量，具有盲目性，整體效率低，且在現(xiàn)今比較復雜的交通背景下形成的風險較大。因此探地雷所具有的較高垂直分辨率優(yōu)勢就可以在這一檢測領域得到充分發(fā)揮。通過對探底雷達測量道路面層厚度的原理的理論分析，它在工程質(zhì)量檢測中是具有獨特優(yōu)勢存在的。

2.2 道路測厚精確度的主要參量

近年來，人們對電磁波理論的掌握越發(fā)純熟，同時計算機技術(shù)發(fā)展水平也越來越高，所以探地雷達在路面厚度監(jiān)測精度方面已經(jīng)基本滿足了相關(guān)要求。要達到探地雷達規(guī)定要求的精確度，在實際應用中應操作正確、使用合理、分析全面，防止出現(xiàn)誤差。探地雷達實際檢測中，調(diào)整波形是首要任務，之后選擇好恰當?shù)臅r間、步長，測電距等，以獲取最佳信息從中確定影響測量厚度的精確性的主要參量即底界面的回波、地面的零點和路面的介電常數(shù)。

2.3 路基和路面病害檢測

共同承擔車輛的荷載作用的是路面和路基，同時他們是公路上程的主要結(jié)構(gòu)物。公路一旦完工后將進入應用階段，因受自然條件和車輛荷載問題影響會造成路基和路面不同程度的改變。如路基的不均勻沉降將進一步引發(fā)路基內(nèi)部的空層、空洞、暗穴、滑塌等問題，進一步發(fā)展就將使路面產(chǎn)生裂縫。此外，因路基與路面受不同荷載、環(huán)境、材料組成、結(jié)構(gòu)組合、養(yǎng)護方法等的影響，其受損的類型也是各不相同的?；居腥N類型：裂縫類（如橫向裂縫、橫向裂縫等）、變形類（如推擠、擁包、車撤等）。上述種種病害都在極大程度上對路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負面影響。

再者，因空氣中介質(zhì)電常數(shù)最小，所以電磁波在遇到空洞后其產(chǎn)生的反射也將顯著弱于基層材料。這種反射桑的差異可以在雷達波形圖中清晰呈現(xiàn)出來。通常情況下，路基含水量多的情況多出現(xiàn)在瀝青混凝土路面下，而空洞也主要存在于混凝土板塊下。探地雷達檢測技術(shù)應用其中則可以及時把控路面實際損害程度和受損范圍。

3 探地雷達在市政工程下方缺陷探測中的應用

路用探地雷達不僅能夠?qū)β访鎸雍穸冗M行準確監(jiān)測，還能夠有效的完成工程下方缺陷的詳細檢測，從而為市政工程的維護與保養(yǎng)提供便利，也為市政部門提供了一種關(guān)鍵的監(jiān)測技術(shù)。正是由于探地雷達本身所具備的無損、快速、連續(xù)、高精度、高分辨率、實時成像等特點，其己經(jīng)廣泛應用到公路工程建設的全過程中，如在公路建設前期可以利用該雷達做好基礎性的探測工作，詳細了解地質(zhì)結(jié)構(gòu)和不良地質(zhì)體，并對其做好初步的梳理劃分;再比如在具體的施工過程中，可以運用探地雷達來對其路面結(jié)構(gòu)層厚度進行檢測與控制，以確保施工質(zhì)量;而在公路建成后的運營階段，則可以繼續(xù)應用該技術(shù)進行公路日常檢測，以便能夠提前發(fā)現(xiàn)各種隱患并為公路養(yǎng)護維修提出建議，從而保證市政工程養(yǎng)護維修的質(zhì)量。

在公路工程中，探地雷達最早只是被用于測量路面層厚，但在不斷發(fā)展過程中，該技術(shù)也日益成熟，其在公路質(zhì)量控制與下方缺陷探測中的運用都取得極大突破，這完全仰仗于人們對地下介質(zhì)的電性以及波頻率研究的不斷深入。例如隨著導電率的上升，其穿透深度將不斷變小，隨著頻率的上升，其穿透深度也將變小，反之亦然。正是基于這一原理，探地雷達逐漸在當前市政工程下方缺陷探測上的應用逐漸增多。實踐中解決了市政工程建設與養(yǎng)護的許多難題。

4 結(jié)束語

在城市公共建設、地質(zhì)災害防治及其它領域中，探地雷達檢測技術(shù)作為高新檢測技術(shù)的作用日益顯著。它的特點突出如高效、無損、快速、連續(xù)，它的使用大大提高了公路建設過程中的檢測效率和精度，也為提高道路建設過程中的質(zhì)量提供了有力的監(jiān)督保障手段。隨著雷達技術(shù)的不斷發(fā)展及電磁波動力學理論的進一步完善，雷達技術(shù)在市政工程領域中將會具有其獨特的應用前景。

參考文獻

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