地質雷達在路面厚度檢測中的研究與應用

許佳昕,魏憲發

(1.黑龍江省哈雙高速公路管理處;2.黑龍江省交通科學研究所)

隨著我國高等級公路建設的迅速發展,路面在公路投資方面所占的份額越來越大,路面的質量好壞與使用效果直接影響著公路的整體質量、使用壽命,也直接影響著公路的投資效益和公路質量形象,因此對路面施工質量的檢測有著重大意義。傳統的公路質量檢測手段是:按 200～500m間距每車道 1點,采用鉆孔取芯或挖驗來測定厚度值,然后以代表值和單個測定值的允許偏差進行評定。這種常規方法存在明顯的局限性:(1)被測點是隨機選擇的,其檢測結果往往缺乏代表性;(2)由于檢測點的密度稀,極易漏檢,給后續工程工作留下隱患;(3)在道路投入使用后的日常維護管理中對道路內部存在的隱性災害,如路面下的空洞、脫空等卻無有效的檢測手段,難以做到防患于未然。隨著電子技術的突飛猛進以及計算機數字處理技術的應用,地質雷達作為一種無損檢測的手段被物探工作者引入到道路工程特別是路面厚度的檢測中。

1 地質雷達的基本原理與工作方法

地質雷達的工作原理就是利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的形式,由地表通過發射天線向地層發射電磁波,當電磁波在地層中傳播時,遇到具有電性、物性差異的介質(如空洞、分界面等)時便會形成反射界面而發生反射,電磁波反射回地面由接收天線接收,根據電磁波的傳播時間、波形特征可以確定地層中介質的空間位置、幾何形態等,如圖 1所示。

圖1 地質雷達工作原理圖

2 工程示例概況及檢測項目

哈五公路改擴建工程由拉林至省界,全長 82km,一級公路,大部分路段由原二級公路擴建而成,路面采用瀝青路面,基層為水泥穩定碎石。為了保證施工質量,提高公路服務水平,該工程采用雷達跟蹤監測路面施工厚度。本次測試使用美國勞雷公司研制生產的GSSI系列SIR-20型地質雷達。勞雷公司生產的雷達作為世界上最廣泛應用于道路檢測的雷達設備,具有測試精度高、穩定性強和結果處理便捷等優點。

可以看出,白色縱向直線為地面線,是路面與空氣的分界面,而藍色為路面面層與基層的分界面。

地質雷達沿測試位置測完以后,在對應樁號位置進行取芯,由于路面結構材料的差異,由系統自動給出的拾取速度不一定能反映完全真實的拾取速度,打開深度信息窗口,通過現場鉆取芯樣的厚度來確定拾取速度,一般取 3個以上芯樣的反算速度均值作為整個文件的拾取速度。取芯原則為面層與基層的分界面的平滑位置,這樣可以避免因樁號偏差所產生的厚度偏差。

依據所取芯樣厚度可以計算出雷達波在瀝青面層的拾取速度,再利用雷達配套的分析軟件RADAN6.5對采集文件進行數據處理,可以都到路線測試位置的連續厚度數據。在室內對檢測數據進行了計算機處理與分析,以每公里為評價單位,參照交通部頒《公路工程質量檢驗評定標準》(JTJ071一 94)給出該段的各點的面層的厚度值、偏差、相對誤差、合格與否。整體評價以每公里為一個評價單位。檢測結果以二種方式給出,即每公里的各測點結果及公里段的平均結果。路面結構檢測結果表中每隔 10m給一個樣本厚度,每公里取 100個點參與評價該公里的質量,給出該公里的平均厚度、均方差、厚度代表值以及該段是否合格,每個單點是否合格。

計算公式如下:

式中:χ1為厚度代表值為厚度平均值;s為標準差;n為檢查數量;ta為t分布系數。

檢測結果以每公里為單位,在結果圖中分別給出每公里內實測厚度變化曲線。縱坐標為厚度,橫坐標為測量坐標。實際里程樁應根據橋位坐標計算。直線為路表面,虛線為設計值,曲線為實測厚度變化曲線。另外給出每公里的實測厚度匯總表格并按每公里對路面的平均厚度、標準差、變異系數、厚度代表值、最小厚度進行了計算。

3 結 語

地質雷達作為一種新技術,因其高效、無損、費用低的優點,在公路建設、維護中正被大量應用,取得了良好效果。但同時作為新技術,也有其缺陷。雷達發射的電磁波的能量在地層中衰減的很快,探測深度有時不夠理想。另外利用地質雷達較難確定地下目標體的橫向尺寸,例如管徑的大小;較小的地下空洞(溝)的寬度。

對地質雷達開發利用的重點應放在數據處理和資料解釋上,一方面開發更先進的處理軟件,能確定目標體的尺寸、規模,能識別各類目標體的性質。另一方面要不斷積累經驗,同時采用多種探測手段,將不同探測方法的結果進行比較、分析、綜合,提高對雷達圖像的解釋能力。

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