地質(zhì)雷達檢測技術(shù)在混凝土路面中的應用

徐 強 路 磊 西北民族大學土木工程學院

1 綜述

人們?nèi)粘Ｉ畹膽敉獬鲂卸家?jīng)過道路，雖然能夠直觀地看到道路之上各種狀況，但看似平整的道路下有可能存在著影響道路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素。尤其是在長期地底下管道滲透和過載使用下，道路以下結(jié)構(gòu)正潛移默化地發(fā)生改變，而這些隱患的存在會隨時導致坍塌事故的發(fā)生，這也時刻影響人們的出行安全。因此，運用地質(zhì)雷達檢測技術(shù)去探測路面結(jié)構(gòu)下的未知危險因素，隨著地質(zhì)雷達檢測技術(shù)不斷更新，可以更好地幫助我們避免地面之下空間的危機，是預防規(guī)避道路坍塌事故發(fā)生的重要工具。

2 地質(zhì)雷達檢測技術(shù)的原理及資料分析處理流程

2.1 地質(zhì)雷達檢測技術(shù)的原理

地質(zhì)雷達儀器由控制單元、顯示器、發(fā)射天線、接收天線等組成，類似于人體的神經(jīng)控制系統(tǒng)。地質(zhì)雷達各部分之間分別負責接收、傳輸以及讀取信號，控制單元進行信號觸發(fā)后將信號傳達至發(fā)射天線端，發(fā)射天線收到信號后，將觸發(fā)信號傳遞到接收端，再由此將形成的高頻脈沖波傳至地面端。電磁波則會根據(jù)傳導過程中的介質(zhì)差異形成不同的反射波，一部分電磁波會向地面反射，接收天線接收這部分電磁波后傳導至顯示器端形成圖像信號，此時便可通過觀測顯示器所收集的圖像信號來推測地底情況，通過導入計算機對圖像進行處理和分析，可以獲得地下介質(zhì)的分布，從而達到檢測的目的。

2.2 資料分析處理流程

地質(zhì)雷達資料分析處理包括預處理（儲存圖像并進行傳輸，標記，校正樁號，添加標題等）和處理分析，處理流程圖如圖1所示，其目的在于降低外界干擾，以更高的圖片分辨率顯示地質(zhì)雷達圖像剖面上的反射波，從而將有用的異常信息如電磁波速度、振幅、波形等突出來，進一步幫助圖形分析。

3 路面坍塌事故及其原因分析

3.1 蘭州路面坍塌事故

自2016年8月起，蘭州已發(fā)生了20多起混凝土路面塌陷事故，多名路過的行人及車輛都不幸掉入塌陷坑中，人員傷亡和財產(chǎn)損失嚴重。

蘭州的道路在近些年來常有坍塌情況出現(xiàn)，這些坍塌事故也為道路安全通行敲響了警鐘。因此，必須重視道路安全隱患問題，以免事故進一步發(fā)生帶來更大的損失。

3.2 蘭州路面坍塌事故的原因分析

蘭州市屬于濕陷性黃土地區(qū)，濕陷性黃土遇到滲水其抗壓強度會急速降低，加之地面上的壓力不斷增加，導致濕陷性黃土層塌陷，從而形成地下空洞，道路塌陷也就隨時會發(fā)生。在蘭州市路面下，掩埋著許多錯綜復雜的管道，一些管道在預埋過程中封閉措施不嚴，一旦地基污水或者自來水管道破裂，地下的積水就會順著封閉不嚴的預埋管道流向其他部位，從而形成了道路上多處連續(xù)塌陷的現(xiàn)象。近年來蘭州的城市化進程大大超過了其城市基礎(chǔ)設(shè)施的修建和維護工作進程，地下管道難以持續(xù)工作，所以容易埋下一系列塌陷隱患。

這些原因大都是長期的疏忽所積攢下的隱患，短期內(nèi)無法從根源上解決這些問題，因此最好的預防措施就是利用地質(zhì)雷達無損檢測技術(shù)對混凝土路面進行地質(zhì)探測，及時發(fā)現(xiàn)其中的問題。

4 地質(zhì)雷達檢測技術(shù)在混凝土路面的應用

地質(zhì)雷達檢測技術(shù)是基于相鄰兩種介質(zhì)之間的電性差異，根據(jù)地下不同介質(zhì)具有不同的電導率和介電常數(shù)依據(jù)，從而形成反射界面來反映地下情況。根據(jù)地質(zhì)雷達所配套的天線類型，可以分為兩類：一是空氣耦合天線，二是地面耦合天線。在進行路面探測之前，可以通過木板上覆蓋泡沫的方法來模擬實際的空洞缺陷，聚乙烯類材料的相對介電常數(shù)約為2.3，使得空氣與混凝土結(jié)構(gòu)之間的電性差異要大于此時的界面兩側(cè)電性差異，因此模擬試驗結(jié)果比在實際工程中對缺陷的探測能力還要更弱，下面是地質(zhì)雷達對路面進行探測的應用說明。

圖2 是地質(zhì)雷達的探測圖像。其橫縱坐標分別反映了探測路徑以及反射波穿透被測介質(zhì)的時長，其利用1500MHz的電磁波進行透射波穿透，在計算機端得到如上圖像，其中紅色標注的區(qū)域為空洞所反應的圖像。

圖2 地質(zhì)雷達的探測圖像

圖3是地質(zhì)雷達探測地下管道的圖像。通過圖2和圖3的圖像對比可以看出地質(zhì)雷達在不同環(huán)境下所探測出的圖像是不同的，通過進行大量的實地探測和模擬試驗，總結(jié)出了各種情況下的雷達圖像特征，為以后的探測奠定了基礎(chǔ)。在探測的過程中，還可能會受到其他未知影響因素所影響，給雷達探測增加了一定的難度。

圖3 地質(zhì)雷達探測地下管道的圖像

而實際的探測情況可能更加復雜，路面在長期使用以及缺乏有效保養(yǎng)措施的情況下有更為嚴重的安全隱患，但地質(zhì)雷達檢測技術(shù)的應用可以更為輕松的幫助我們獲取地面之下所不能直接觀測到的情況，能夠為道路養(yǎng)護以及排查安全隱患帶來便利。

5 地質(zhì)雷達檢測影響因素分析及優(yōu)勢

5.1 影響因素分析

在地質(zhì)雷達的檢測過程中會受到實際情況中各種不利因素的影響，導致地質(zhì)雷達無法正常的接收信號。受到的干擾因素主要有：地質(zhì)雷達測區(qū)附近的地面物體，如電線桿、指示牌、鄰近建筑物、地面井蓋等；在檢測過程中可能會受到過往車輛所產(chǎn)生的地面振動的影響；還可能存在城市道路下地下管線、管溝、樹根等產(chǎn)生干擾。而這些因素會使地質(zhì)雷達檢測產(chǎn)生異常，表1為應對這些異常的處理建議。

表1 地質(zhì)雷達檢測異常特征及處理建議

地質(zhì)雷達圖像的分析對的檢測極其重要。因此，對路面結(jié)構(gòu)做出分析之前，必須對地質(zhì)雷達所收集到的數(shù)據(jù)圖像進行分析并處理。常用的分析方法有典型濾波法和其他濾波法處理，一般多采用典型濾波方法，所謂濾波法就是將其他影響圖像的波進行過濾，排除干擾，可以更加準確的反映出雷達圖像，發(fā)現(xiàn)其中的問題，從而去解決問題。其他濾波處理方法包括：平均濾波；反褶積；偏移等。具體方法可結(jié)合實際情況進行選用。

5.2 地質(zhì)雷達檢測技術(shù)優(yōu)勢

地質(zhì)雷達作為一種無損檢測技術(shù)，具有工作效率高、成圖清晰、攜帶方便等優(yōu)點，被越來越多的業(yè)內(nèi)人士所采用，通過地質(zhì)雷達檢測便可以在不破壞路面的情況下得出路面以下各層結(jié)構(gòu)信息以及缺陷的位置分布，這為預防道路安全事故提供了一種先進的手段，從而可以有效避免人員傷亡。

6 結(jié)束語

道路在長期使用過程不斷的磨損，地下各類管道的高負荷運載也為地面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞所埋下隱患，蘭州市多處出現(xiàn)的路面坍塌為我們敲響了警鐘，必須更加關(guān)注道路結(jié)構(gòu)的健康。地質(zhì)雷達檢測技術(shù)的應用恰恰為對道路使用情況的檢測帶來了便利，可以在不用破壞路面結(jié)構(gòu)的情況下對路面之下的情形進行了解，可以對道路的養(yǎng)護以及隱患的排查工作都提供指導性的意義。所以，理應不斷對地質(zhì)雷達檢測技術(shù)進行優(yōu)化與完善，讓其更好地服務于生活之中，為道路安全保駕護航。