探地雷達在道路無損檢測技術中的應用

李周強

（1.湖南省地質礦產勘查開發(fā)局四0二隊，湖南 長沙 410014；2.湖南省勘測設計院，湖南 長沙 410014）

一、引言

隨著我國公路的快速發(fā)展，常規(guī)檢測手段已無法滿足道路養(yǎng)護的需要，以電磁波技術、計算機技術等高端技術為代表的新型檢測技術應運而生。其特點是不必通過檢測開挖就能得到道路內部結構的病害信息，針對其病害類型制定完善的養(yǎng)護措施。此外，雷達檢測技術能夠準確測定路面結構層的厚度，以此判定公路修筑厚度是否滿足設計施工要求。隨著技術的發(fā)展，探地雷達已經可實現(xiàn)三維探測，準確定位道路平面、橫斷面、縱斷面的信息，充分提高了道路檢測的準確性。

二、探地雷達基礎理論

（一）電磁波理論

探地雷達技術能通過向探測物體發(fā)射電磁波后，根據電磁波的振幅、頻率和波相等傳播特點來反映物體內部的實際情況。而電磁波的傳播特點與材料的介電特性密切相關，被探測物體的介電常數(shù)數(shù)值的不同會導致雷達天線回收得到的電磁波特性不同。

（二）道路材料的介電特性

探地雷達技術的應用基礎是道路材料不同的介電特性，只有掌握材料的介電特性才能準確分析電磁波的傳播特性。不同介質的介電特性主要是根據介電常數(shù)、磁導率和電導率來判斷，由于大部分材料的磁導率為1，因此分析介電特性時，主要是分析電導率和介電常數(shù)。

（三）電磁波傳遞特性

介電常數(shù)和電導率決定了電磁波的傳遞特性，從介電常數(shù)的角度分析，當被探測物體的介電常數(shù)數(shù)值越大時，如濕黏土，介電常數(shù)數(shù)值高達6～15，會導致電磁波在濕黏土內部傳播較慢，同時在物體內介質會吸收接收到的電磁波。反之，當探測物體的介電常數(shù)越小時，（例如干沙巖，會導致其內部的電磁波傳播速度較快）被介質吸收的電磁波越少。

當電導率較大時，電磁波穿過介質時的能量將會快速衰減，檢測深度或厚度會受到限制。當電導率較小時，能量衰減慢，電磁波則能夠獲得較大的檢測深度和厚度。

三、工程實踐

（一）工程概況

某公路工程全長65.24km，路面結構為水泥穩(wěn)定碎石上加鋪瀝青混凝土。由于道路K10+500～K12+800、K14+300～K16+500、K21+200～K23+300等樁號出現(xiàn)多出沉陷，為了檢驗道路內部是否出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，擬采用三維探地雷達技術檢測其病害。

（二）工程材料

1.瀝青

為確定路面各材料的性能，檢測合同路段的瀝青原材料結果如表1所示。

2.集料

合同路段集料產自福建省，根據查詢的設計文件，確定級配設計滿足要求，集料試驗結果如表2、表3所示。

（三）檢測方案

本次雷達檢測主要是道路沉陷較多路段，針對K 10+50～K 12+800、K 14+300～K 16+500 及K21+200～K23+300左右兩幅的全路段實施檢測，同時為了保證檢測結果的準確性，先采用FWD復核雷達結果后再采用傳統(tǒng)鉆芯取樣方法完成實地鉆芯驗證，對于檢測出的脫空、空洞等較為嚴重的病害及時上報甲方進行開挖驗證和修復處理。

表1.改性瀝青性能檢測結果

表2.粗集料性能評價試驗結果

表3.細集料性能評價試驗結果

（四）雷達檢測

針對K10+500～K12+800、K14+300～K16+500、K21+200～K23+300路段的檢測結果，共計發(fā)現(xiàn)病害6處，其中空洞1處，脫空5處。通過針對K14+300～K16+500路段出現(xiàn)空洞情況的原因分析，發(fā)現(xiàn)主要是該地區(qū)附近地下水管破裂滲水導致土壤松散，同時由于當?shù)亟邓诸l繁，導致路基基層沖刷嚴重，集料嚴重流失。

（五）FWD檢測

根據檢測結果可知，K15+323～K15+325路段檢測結果存在偏差，為了準確判斷病害種類，落錘式彎沉儀檢測結果如表4所示。

表4.落錘式彎沉儀檢測結果

（六）鉆芯檢測

針對K15+323～K15+325路段鉆芯取樣，兩處鉆芯取樣檢測結果均符合雷達檢測結果。通過分析落錘式彎沉儀檢測結果發(fā)現(xiàn)，結果存在的誤差可能是因為檢測點位的偏移，而探地雷達的全幅檢測特性，能保證探地雷達技術在道路工程中具有更高的準確性。

四、結語

本文主要研究了探地雷達在道路無損檢測技術中的應用，針對探地雷達基礎理論中的電磁波理論、道路材料介電特性和電磁波傳遞特性作了簡要說明，同時結合具體工程實例，對比了探地雷達和落錘式彎沉儀檢測技術。結果表明，探地雷達檢測技術是一種更加可靠的新型檢測技術。