探地雷達在某高速公路路面檢測中的應用

尹付州

(新疆維吾爾自治區交通規劃勘察設計研究院，新疆烏魯木齊 830006)

探地雷達是利用高頻電磁脈沖的反射來探測目的體的一種簡便、快捷的電磁探測方法。探地雷達系統由一體化主機、天線及控制電纜組成。雷達檢測時，向地下介質發射一定強度的高頻電磁脈沖(幾十兆赫茲至上千兆赫茲)，不同頻率的天線探測能力不同，頻率越高，探測深度越大，精確度越高。當電磁脈沖遇到不同電性介質的分界面或介質結構發生變化時就會出現電磁波的強反射現象。電磁波在不同性質的介質中的傳播速度不同，探地雷達接收并記錄這些信號，再通過進一步的信號處理和解釋即可了解地下介質的情況。目前，探地雷達方法已經廣泛應用于多種勘察行業中，可應用于探測地下洞穴、劃分地層結構、混凝土質量檢測、路面質量檢測等方面，本文以小草湖—烏魯木齊高速公路路面檢測工程來介紹探地雷達在路面檢測中的應用。

1 工程概況

依據國家高速公路網規劃，小草湖—烏魯木齊高速公路將由現在的雙向四車道規劃為雙向八車道，為了評價現有路基路面狀況以及在規劃方案中的可利用程度，須對其質量進行檢測。主要檢測瀝青面層、水穩層的厚度，以及瀝青面層、水穩層、上部路基的病害。現有公路路基由于含水量過高、承載力不足、壓實度達不到要求等原因，會產生沉陷，形成空洞、暗穴等現象;瀝青面層、水泥穩定碎石層在荷載的反復作用、自然風化因素的影響下，會逐漸出現損壞，形成路面沉陷、車轍推移、開裂、破碎等現象。

2 雷達檢測

本次檢測共在兩側硬路肩、行車道、超車道等三部位沿縱向布置六條測線，其中行車道、超車道檢測里程為K3467+000～K3584+000，硬路肩檢測里程為K3471+000～K3584+000，測線總長度達694 km。現場檢測采用青島電波所生產的LTD-2100探地雷達和GC900 MHz地面耦合式一體化天線進行。雷達檢測時，天線放置于測量小車中，保持天線與瀝青層表面極近距離，由雷達主機發射雷達脈沖，進行快速連續采集。為保證測線長度及里程的準確性，使用測量輪觸發采集數據，并依據公路里程標每1 km存儲為一個脈沖數據文件。

3 數據處理

將野外采集的探地雷達數據傳輸至計算機中，首先進行預處理，即定標點的編輯、文件頭參數設定及距離均一化。編輯文件頭，設定適當的參數，并進行距離均一化。

經過預處理后，要進行一系列的振幅譜分析、功率譜分析、相位譜分析等數字化信號處理，以及零線設定、背景去噪、增益、譜值平衡、濾波、希爾伯特變換、反褶積等常規信號處理。

經過信號處理后，可以有效地壓制干擾信號的能量，提高雷達信號的信噪比，將異常突出化，使雷達圖像更易于識別地質信息，清晰的反映地質現象，從而提供更準確的解釋結果。

探地雷達圖像的分析有定性和定量兩種，定性分析主要在對病害范圍規模的判斷上，定量分析主要在各層厚度的判定上，各層厚度的判定主要是界面的追蹤及電磁波的速度的確定。

表1 病害段落統計表

4 成果分析

通過對探地雷達的成果分析、解譯，沿線各車道的瀝青面層完整、均勻度較好，厚度在13 cm～15 cm之間。

水泥穩定碎石層厚度在26 cm～32 cm之間，部分段落的水泥穩定碎石層存在破碎、沉降現象，見圖1及表1。

從表1可以看出，各車道間的病害段落對應較一致，病害較集中，病害機理一致，應為施工壓實不均，車輛荷載碾壓而形成。

5 結語

1)本次探地雷達的路基路面檢測，達到了預定的效果，查明了瀝青面層、水泥穩定碎石層的分層厚度以及病害段落分布，為小草湖—烏魯木齊高速公路升級規劃提供了必要的前期資料。

2)由于探地雷達為物理無損檢測技術，是一種電子信號，并不能直觀地反映出被探測體的真實物理特征，需要對其檢測結果進行驗證，以指導后期的更加詳實的數據處理與解釋。

［1］曾昭發.探地雷達原理與應用［M］.北京:電子工業出版社，2010.

［2］姚祖康.公路設計手冊:路面［M］.第3版.北京:人民交通出版社，2006.