三維探地雷達(dá)在舊路檢測中多元化分析與評價(jià)

張晨 余航

關(guān)鍵詞 三維雷達(dá)檢測;隱性病害;多元化;評價(jià)

中圖分類號 F426.92;TN959 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）04-0096-04

0 引言

隨著公路路網(wǎng)的成型，新建項(xiàng)目日漸減少，為滿足社會(huì)發(fā)展的需要，公路改建、擴(kuò)建正在如火如荼進(jìn)行，但舊路經(jīng)過長期服役，加上運(yùn)營單位養(yǎng)護(hù)水平、費(fèi)用的不同，路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)不同程度的病害。然而，當(dāng)前公路狀態(tài)評估指標(biāo)均基于路表顯性病害，不能反映路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的隱性病害，對于使用時(shí)間較長的高速公路而言，隱性病害應(yīng)該引起更大的關(guān)注。如何針對舊路路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部病害進(jìn)行精確檢測，是關(guān)系到既有道路合理評價(jià)的重大問題之一[1-3]。探地雷達(dá)作為一種無損檢測設(shè)備，能夠真實(shí)反映道路內(nèi)部情況，并具有非破壞性、速度快、精度高、攜帶方便、低交通影響等特點(diǎn)[4]。該文結(jié)合工程實(shí)例，對三維探地雷達(dá)在舊路檢測中進(jìn)行多元化分析與評價(jià)。

1 三維探地雷達(dá)檢測原理

三維探地雷達(dá)是集現(xiàn)代電子技術(shù)、信息技術(shù)與電磁技術(shù)為一體的檢測系統(tǒng)，可對道路實(shí)施快速全斷面掃描。其探測深度可達(dá)6 m，具有檢測效率高、深度大、覆蓋寬、無破損路面等優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)對路面各結(jié)構(gòu)層厚度、介電常數(shù)以及結(jié)構(gòu)損傷的探測[5-6]。

當(dāng)接收天線發(fā)生移動(dòng)時(shí)，即可接收到連續(xù)的探地雷達(dá)反射波，將接收到的信號加以分析處理就可以形成沿天線移動(dòng)方向切面的雷達(dá)分析圖像（二維），將縱向、橫向、平面三向數(shù)據(jù)經(jīng)過專業(yè)程序的后期處理，可以形成清晰直觀的高分辨率三維雷達(dá)圖像，真實(shí)直觀反映路面內(nèi)部狀況[7-8]。

2 工程應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

該文依托工程為京港澳高速公路廣州至深圳段改擴(kuò)建工程既有道路檢測評估項(xiàng)目，廣深高速于1997年7月1日正式通車運(yùn)營，距今服役25年，主線為雙向6車道，設(shè)計(jì)速度120 km/h，路基寬度33.1 m，既有交通量已超過12.3萬pcu/日，局部為五級服務(wù)水平[3]。經(jīng)過勘察，路表無明顯病害，偶見車轍縱縫與半剛性路面反射型橫縫，但從完好處位置鉆芯發(fā)現(xiàn)有路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散情況。故采用三維探地雷達(dá)對廣深高速內(nèi)部病害進(jìn)行了檢測，并通過鉆芯驗(yàn)證了探地雷達(dá)的精度，并結(jié)合其他檢測指標(biāo)多元化分析與評價(jià)[4]。

2.2 檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)

根據(jù)路面內(nèi)部病害特征信號的樁號、層位、面積、體積以及寬度等推算病害相關(guān)信息，得到的路面內(nèi)部破損狀況調(diào)查成果包括路面內(nèi)部沉陷位置、最大高程差及面積，一般橫向裂縫位置及長度，縱向裂縫位置長度，脫空區(qū)域位置及脫空面積，貫穿裂縫位置及長度[6]。病害位置包括病害所屬段落及所處層位兩個(gè)信息，檢測結(jié)果如表1所示。

為了解探地雷達(dá)圖像能否較為準(zhǔn)確地識別出路面內(nèi)部病害狀況，選擇在裂縫和松散的位置進(jìn)行鉆芯驗(yàn)證，如圖1所示。

從芯樣裂縫和松散的狀態(tài)可知其與圖像基本一致，兩處雷達(dá)圖像能夠較為準(zhǔn)確地反映路面內(nèi)部病害狀況。

3 結(jié)果分析及處治建議

病害的出現(xiàn)不會(huì)是單一現(xiàn)象，是各種因素綜合的結(jié)果。將重點(diǎn)病害劃分段落后，交叉比對彎沉值、反算模量、鉆芯取樣、室內(nèi)試驗(yàn)、地質(zhì)條件、養(yǎng)護(hù)歷史幾個(gè)方面數(shù)據(jù)，分析病害機(jī)理及提出處治建議。

3.1 結(jié)果分析

3.1.1 病害與路表彎沉

右幅病害處（瀝青層+水穩(wěn)層）的彎沉值比全線要小，左幅病害處的彎沉比全線大1～4.4（0.01 mm），分析原因主要與樣本段落有關(guān)，由于右幅病害相對于左幅較少，導(dǎo)致線性關(guān)系不明顯，且右幅僅為9個(gè)樣本段落，左幅為44個(gè)樣本段落，或中心彎沉檢測部位與內(nèi)部缺陷實(shí)際位置有相對誤差，典型病害段與全線路表彎沉值對比見表2、圖2。

3.1.2 病害與地質(zhì)條件

瀝青層縱向裂縫（長度大于10 m）位于填方路段共2處，挖方路段共4處，半填半挖共1處;水穩(wěn)層縱向裂縫（長度大于10 m）位于填方路段共9處，挖方路段共8處，半填半挖共5處;所有縱向裂縫（長度大于10 m）位于填方路段共11處，挖方路段共12處，半填半挖共6處。根據(jù)縱向裂縫分布情況，檢測區(qū)域內(nèi)縱向裂縫并無明顯分布規(guī)律，且分布區(qū)域均為非軟基路段。通過趨勢性分析，縱向裂縫長度與填挖方深度無明顯線性關(guān)系。

瀝青層裂縫率>10 m/100 m2的區(qū)域位于填方路段共4處，挖方路段共1處，半填半挖共0處;水穩(wěn)層裂縫率>10 m/100 m2的區(qū)域位于填方路段共6處，挖方路段共12處，半填半挖共2處。土基類型對水穩(wěn)層影響最為直接，根據(jù)水穩(wěn)層裂縫率統(tǒng)計(jì)情況，檢測區(qū)域內(nèi)挖方路段水穩(wěn)層裂縫率>10 m/100 m2的區(qū)域較多，填方路段相對較少。裂縫率>10 m/100 m2的區(qū)域均為非軟基路段。

可見病害分布較均勻，且檢測范圍不含軟基段，裂縫與填挖方深度無明顯線性關(guān)系[7]。

3.1.3 病害與養(yǎng)護(hù)歷史

總計(jì)53個(gè)病害段落，其中12個(gè)段落進(jìn)行過銑刨重鋪處理，占比22.6%，距離最遠(yuǎn)養(yǎng)護(hù)時(shí)間為2010年，最近養(yǎng)護(hù)時(shí)間為2015年，多為瀝青層處治并未涉及水穩(wěn)層，12個(gè)段落中11個(gè)為水穩(wěn)層損壞，占比91.6%。可見未養(yǎng)護(hù)過或養(yǎng)護(hù)深度不夠路段病害顯著。

3.1.4 病害與結(jié)構(gòu)層模量

路面內(nèi)部缺陷發(fā)生在瀝青層位樣本為9個(gè)，水穩(wěn)層位樣本為44個(gè)。瀝青層位病害處模量較非病害處模量變化較小，異常點(diǎn)位1處（反算彎沉盆模量異常，或由于結(jié)構(gòu)損壞原因），模量差值比在22%;水穩(wěn)層位變化較大，異常點(diǎn)位22處，病害處較非病害處模量差值比達(dá)44%～62%，因?yàn)闉r青層位常年進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理，病害較少，而水穩(wěn)層位年久失修，強(qiáng)度早已衰減，相對病害較多，典型病害段與非病害處模量對比見表3、圖3。

3.1.5 芯樣與結(jié)構(gòu)層模量

共計(jì)鉆芯數(shù)量40個(gè)，瀝青面層病害4個(gè)（非表面病害，為鉆芯后發(fā)現(xiàn)芯樣內(nèi)部開裂），上基層病害4處，下基層病害5處，底基層（水穩(wěn)層）病害或由于病害導(dǎo)致未取出16處，瀝青面層病害處模量為3 256 MPa，低于平均水平19%（平均水平為4 019 MPa），底基層病害處（水穩(wěn)層）模量為517 MPa，低于平均水平67%（平均水平為1 567 MPa）。

3.2 病害發(fā)生機(jī)理

3.2.1 自然因素

（1）水泥膠結(jié)材料導(dǎo)致干縮、溫縮裂縫，從而造成反射（水穩(wěn)無側(cè)限強(qiáng)度高）。

（2）溫度梯度導(dǎo)致的應(yīng)力集中造成開裂。

（3）層間粘結(jié)差（完好處芯樣工點(diǎn)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部破壞）。

（4）水環(huán)境影響。

3.2.2 人為因素

（1）交通量大（廣深為四級服務(wù)水平，局部為五級）。

（2）養(yǎng)護(hù)深度不到位（2007—2019年40%段落經(jīng)過銑刨重鋪，但未處理水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層，這是水穩(wěn)層病害高于瀝青層的原因之一）。

3.3 處治建議

3.3.1 脫空、松散、沉降

上行行車道3，2處脫空面積超過1 m2，下行脫空主

3.3.2 縱縫

長度>10 m的縱向裂縫，采用銑刨重鋪的方式進(jìn)行處治，若路基出現(xiàn)沉降應(yīng)進(jìn)行注漿補(bǔ)強(qiáng)。

3.3.3 裂縫率>10 m/100 m2

裂縫率嚴(yán)重路段根據(jù)實(shí)際情況銑刨1至2層，對基層進(jìn)行注漿處治后，還原面層至原路面標(biāo)高。

4 結(jié)束語

該文對三維探地雷達(dá)的工作原理進(jìn)行了介紹，根據(jù)檢測的結(jié)果，通過鉆芯驗(yàn)證了探地雷達(dá)檢測路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部病害的精度，并對重點(diǎn)病害段落劃分后，與彎沉值、反算模量、鉆芯取樣、室內(nèi)試驗(yàn)、地質(zhì)條件、養(yǎng)護(hù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行多方面比對，分析了病害機(jī)理及提出處治建議，為探地雷達(dá)無損檢測技術(shù)的應(yīng)用與評價(jià)提供了借鑒意義。

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