淺談地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在公路路面檢測中的應(yīng)用

周祖德

(貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測中心有限責(zé)任公司)

1 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的檢測原理

地質(zhì)雷達(dá)與探空雷達(dá)的檢測原理大致相同，使用高頻電磁波f 主頻為數(shù)十?dāng)?shù)百乃至數(shù)千兆赫)以寬頻帶短脈沖的方式，從地面進(jìn)行發(fā)射天線fr)向地下輻射，當(dāng)它遇到地下介質(zhì)或者介質(zhì)分界面時(shí)發(fā)生反射，并返回發(fā)射器，被專門接收信息的接收天線(R)接收，被計(jì)算機(jī)記錄下來，經(jīng)過信息整理之后形成雷達(dá)剖面圖。因?yàn)殡姶挪ㄔ诮橘|(zhì)中運(yùn)動時(shí)，其傳播路徑、磁場強(qiáng)度以及電磁波的波形會受介質(zhì)的特點(diǎn)和幾何形態(tài)影響。所以在接收到的電磁波特點(diǎn)、傳播時(shí)間、幅度、頻率和波形等，必須進(jìn)行雷達(dá)圖像的整理，才能進(jìn)行確定公路的情況。雷達(dá)圖像剖面圖是通過脈沖反射波的波形形式展現(xiàn)的。其波形通過變面積形式進(jìn)行展現(xiàn)，或者通過灰度或彩色剖面形式進(jìn)行展現(xiàn)。并通過同相軸或等灰線、等色線進(jìn)行表示反射面的情況。在波形記錄圖上根據(jù)各測點(diǎn)均以測線的鉛垂方向確定波形，即可形成完整的雷達(dá)成像剖面，使人們可以清楚地看到公路路面的損壞程度。

2 地質(zhì)雷達(dá)在公路檢測中的應(yīng)用

2.1 公路病害原因

公路路基往往由于混凝土含水量過多、整體承載能力不高、混凝土內(nèi)外溫差過大，壓實(shí)度不足等缺陷，導(dǎo)致路基發(fā)生沉降，出現(xiàn)空洞、暗穴，甚至?xí)霈F(xiàn)滑坍等情況。路面在車輛超重的影響和風(fēng)霜雨雪的侵襲下，會逐漸降低公路的使用性能，出現(xiàn)公路路面沉降、車轍推移以及裂縫增多等現(xiàn)象。其次由于公路結(jié)構(gòu)層透水性不強(qiáng)引起路面集水，出現(xiàn)公路體軟弱等情況。公路損害的原因不是單一的，出現(xiàn)公路質(zhì)量不過關(guān)，風(fēng)霜雨雪的侵襲過多以及人為因素等也會導(dǎo)致公路病害。路基存在問題與路面存在問題也不是單一的，是兩者相互作用、互相影響而形成的。所以在公路損害的檢測中，查清楚其發(fā)生原因是非常有必要的。現(xiàn)在公路路面檢測方法有很多，但能準(zhǔn)確地檢測出公路損壞的原因的方法并不是很多，如果不能準(zhǔn)確地檢測出公路損害的根本原因，只能導(dǎo)致公路的后期維護(hù)沒有針對性、花費(fèi)了大量的人力物力之后也無法得到真正的解決。面對存在的問題，試驗(yàn)主要根據(jù)幾個公路的區(qū)段進(jìn)行檢測。這些區(qū)段的路面損傷嚴(yán)重，有凹凸不平、車轍推移、裂縫過多、公路沉降、橋頭跳車等情況。

2.2 公路檢測公式

(1)對天線頻率f 進(jìn)行計(jì)算

標(biāo)注:公式中的X 是空間分辨率(m):δ 是介質(zhì)的相對介電常數(shù)。

(2)對時(shí)窗(W)進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式為W = 1.3X(2dmax/V)

標(biāo)注:公式中的d 是主要探測深度(m)，本次試驗(yàn)取1.5 m，其中V 為介質(zhì)中電磁波的傳播速度(m /n s)。

根據(jù)公路檢測的要求，選擇500 MHz 高頻屏蔽天線進(jìn)行試驗(yàn)，采樣時(shí)窗選擇70 ns。試驗(yàn)主要根據(jù)幾個公路的區(qū)段進(jìn)行檢查，使用不同方法進(jìn)行檢查，并將其記錄下來，從而得出最終的檢測結(jié)果。

2.3 公路檢測的方案

(1)公路基層及路基損傷檢測。試驗(yàn)選擇基層及路基損壞嚴(yán)重的公路，對其進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的檢測，在雷達(dá)成像剖面中顯示，公路結(jié)構(gòu)層損傷顯示為界面凹凸不平，波型沒有規(guī)則，反射連續(xù)性比較差。試驗(yàn)中的公路基層反射波起伏不明顯，但反射連續(xù)性比較差。而路床反射波比較少，但反射起伏明顯，說明路基及基層已經(jīng)出現(xiàn)問題，路基損傷程度比較大。

(2)公路路面脫空檢測。試驗(yàn)選擇公路路面已經(jīng)有損傷區(qū)域，雷達(dá)成像剖面中顯示該區(qū)域基層損傷比較大，而且墊層與路床界面出現(xiàn)凹凸不平的狀況，則表示基層、墊層內(nèi)部出現(xiàn)介質(zhì)橫向上的現(xiàn)象，并且損壞嚴(yán)重。對區(qū)域的結(jié)構(gòu)層進(jìn)行探析得出:面層底面反射時(shí)間2.95 ns，深度17 cm;反射波返回時(shí)間11.23 ns，深度75 era。在橋頭的20 m 范圍內(nèi)，路面機(jī)構(gòu)中明顯有一軟弱夾層，導(dǎo)致路面出現(xiàn)空洞，在雷達(dá)成像剖面上表現(xiàn)為一夾層反射，其中中間為最厚，反射時(shí)間在2.25～5.75 ns 之間，厚度大約為5 cm，反射波對下基底界面反應(yīng)十分微弱，說明基層工程特性比較差。

(3)公路路面裂紋檢測。裂縫在公路病害異常損壞的情況中比較常見。從雷達(dá)探測原理得出，反射波的頻率越高起伏越明顯，探測裂縫的深度越淺，公路探測情況的就越清晰;反之反射波的頻率越高起伏越不明顯，探測裂縫的深度越深，公路探測情況的就越模糊。雷達(dá)探測只能探測裂縫較淺的部分，較深的裂縫可以使用超聲波法進(jìn)行探測。較深的裂縫表現(xiàn)為向兩邊分散的有傾斜度的同相軸，裂縫較淺的雷達(dá)圖象異常與此相似，但波形起伏不大。

(4)公路路面下沉檢測。路面沉降的原因是多方面的，其原因可能由于進(jìn)行公路施工時(shí)對混凝土的壓實(shí)程度不足、公路在使用過程中車輛的負(fù)載量過大以及路基強(qiáng)度與實(shí)際的承載不相符等，在在雷達(dá)成像剖面中顯示為同相軸不水平，并有一定的傾斜程度。

(5)公路路面鋼筋網(wǎng)檢測。要探測公路路面鋼筋網(wǎng)的損壞情況時(shí)，可以使用雷達(dá)探測進(jìn)行探測。由于公路鋼筋對鐵磁性的物質(zhì)感應(yīng)特別敏感，所以運(yùn)用電磁波原理可以有效地檢查出公路路面鋼筋網(wǎng)的具體情況。電磁波檢查表現(xiàn)為同相軸有明顯的波峰突起，其圖象顯示跟鋼筋的損耗程度有關(guān)，損耗程度輕時(shí)同相軸呈小弧行，損耗程度嚴(yán)重時(shí)則連成了一片。

(6)公路路面密實(shí)度檢測。由于進(jìn)行公路施工時(shí)對公路的壓實(shí)程度不足、施工不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)痊F(xiàn)象，導(dǎo)致一些橋梁和公路存在一些不密實(shí)的區(qū)域。在區(qū)域內(nèi)介質(zhì)一般不夠均勻，與附近的介質(zhì)之間存在許多差異。所以在在雷達(dá)成像剖面中出現(xiàn)的波形沒有規(guī)則，與正常的公路雷達(dá)成像剖面比較，出現(xiàn)層狀波形少以及規(guī)則的波形較少，與公路出現(xiàn)空洞的情況相比，多次波相對也比較少。

3 結(jié) 語

地質(zhì)雷達(dá)檢測是一種新型的探測技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)主要應(yīng)用于公路損壞情況的檢測，具有采集數(shù)據(jù)比較多、采樣點(diǎn)距選擇靈活、檢測時(shí)間較短、檢測比較廣以及檢測結(jié)果比較準(zhǔn)確等優(yōu)勢。

［1］李華，張慶旺.淺談地質(zhì)雷達(dá)在公路工程質(zhì)量檢測中的應(yīng)用［J］.黑龍江科技信息，2011，(26):12－56.

［2］王先桃，包太.地質(zhì)雷達(dá)在某公路路面檢測中的應(yīng)用［J］.貴州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，(3):45－68.

［3］崔玉超，牛學(xué)超，竇波洋.地質(zhì)雷達(dá)在道路路面檢測中的應(yīng)用［J］.華東公路，2013，(2):13－17.