探地雷達在機場道面脫空檢測的應用研究

盧艷楠 肖昭然

(河南工業大學土木建筑學院,河南 鄭州 450000)

探地雷達在機場道面脫空檢測的應用研究

盧艷楠 肖昭然

(河南工業大學土木建筑學院,河南 鄭州 450000)

脫空作為機場混凝土道面病害之一,它的隱蔽性特征使得我們無法從跑道表面直接來判定。本文結合鄭州機場二期工程,運用探地雷達對機場道面的脫空情況進行無損檢測,通過注漿前后檢測結果的對比,證明了該檢測方法的可行性及可靠性,為后期機場投運時對跑道脫空的檢測提供了技術支持。

探地雷達;無損檢測;機場;脫空

機場道面在建設過程中,由于建設工期緊,地基處理復雜以及高填方等因素,使得道面結構層下的土基沒有沉降徹底,再加上機場后期投運使用中,飛機荷載的重復作用,或由于溫度的影響使得混凝土板產生翹曲,造成混凝土結構層與土基不再連續接觸,即道面脫空。目前機場道面脫空檢測常使用的方法有兩種,一種是鉆孔取芯法,另一種是超聲檢測法。鉆孔取芯法首先是一種有損檢測,本身就對道面造成危害,且取芯數量有限,難以保證檢測精度,超聲波在檢測過程中容易受周圍環境以及人為因素的影響,且機動性較差,對于大范圍的機場道面脫空檢測有很大的局限性。因此,如何快速、高效、準確的檢測道面脫空便成了機場跑道中的重要課題。

1 工程概況

鄭州新鄭國際機場二期擴建工程是鄭州航空港區規劃中的核心建設工程,在飛行區建設中包括新建一條3600m×60m的4F級跑道、兩條平行跑道的滑行道、83個機位的停機坪、6個機位的除冰坪以及兩條連接新舊跑道的垂直聯絡道。其中道面結構為土基上兩層18cm厚的水泥碎石基層,碎石基層上鋪一層隔離土工布,然后一層42cm厚的混凝土結構層。

2 探地雷達檢測

2.1 探地雷達工作原理

探地雷達是利用超高頻脈沖電磁波檢測地下介質分布情況的一種檢測儀器,具有分辨率高、精度高以及檢測速度快等優點,屬于無損檢測［1］。探地雷達利用寬帶天線發射電磁波進行輻射,一部分經發射天線直接到達接收天線形成直達波,這部分電磁波用來檢測地下目標的深度,另一部分進入地下傳播,該部分電磁波遇到地下不同的介質時會有不同的反射［2］。由于道面結構為層狀結構,且為非磁性介質,各層介質的介電常數有明顯的差異,能夠形成良好的電磁波反射界面。探地雷達發射的電磁波向下傳播遇到這些反射界面時,就會產生反射。當結構層發生破損時,如空洞、脫空等病害,在雷達檢測結果中會出現明顯的特征發射［3］。圖1為探地雷達工作原理圖。

2.2 儀器參數

本次檢測采用SIR一20探地雷達儀,主要工作參數如下：

天線：收發一體性天線,天線頻率400/100MHz

采集方式：點采集

定點方式：觸發量測定點

點距：5cm

采集時窗：60/200ns

增益方式：指數增益

圖1 探地雷達工作原理圖

2.3 檢測方法

本次檢測區域設在T2航站樓南港灣站坪塌陷區附近區域上的水泥碎石基層上進行檢測,檢測過程中同時用兩個天線檢測,400MHz天線頻率高,該頻率測深比較淺,檢測深度不小于3m,100MHz頻率低,檢測的深度比較大,檢測深度不小于10m。本次測線自南向北布置,從A87.5m到A102.5m,每條測線間距1.5m,采樣點距0.02m,總共布置11條測線,詳見圖2探地雷達測線布置示意圖。檢測路線為沿著每條測線自西向東進行檢測。

圖2 探地雷達測線布置示意圖

為了防止檢測結果有誤差,在每條測線中發現脫空缺陷的位置進行鉆孔注漿,進行復測,從而保證檢測結果的可靠性。

3 檢測結果分析

探地雷達檢測結果一般在雷達剖面圖上顯示,雷達剖面圖中可以很直觀地看出各結構層面以及地基中存在的缺陷以及缺陷所在的位置。圖3為地下空洞地質雷達檢測圖譜。圖中圈出的位置為道面下病害位置。

圖3 地下空洞地質雷達檢測圖譜

根據實際測試位置,分析雷達剖面圖,得出表1檢測區域缺陷統計表。其中病害位置是相對于每條測線的起點位置。

序號1234567891 0 11測線A87.5測線1 A89測線2 A90.5測線3 A92測線4 A93.5測線5 A95測線6 A96.5測線7 A98測線8 A99.5測線9 A101測線10 A102.5測線11病害位置(m) 53一58 53一60 54一58 53一58 57一61 56一61 56一59 57一59 54一59 55一59 55一60病害深度(m) 0.4一0.8 0.4一0.7 0.4一0.7 0.4一1 0.4一0.7 0.4一0.7 0.4一0.7 0.4一0.7 0.4一0.7 0.4一0.7 0.4一0.7缺陷情況松散松散松散松散松散不密實不密實不密實松散松散松散

為了保證雷達檢測結果的可靠性,在現場對實際有缺陷的位置進行高聚物鉆孔注漿,然后進行復測,來分析對比兩次檢測結果。以測線1為例,圖4為測線1注漿前雷達檢測圖譜,圖5為測線1注漿后雷達檢測圖譜。從圖4雷達剖面圖上可以看出,距離起始位置3一8m處,水泥碎石基層下松散、有微小脫空；9一12m處,水穩層下不密實。分析圖5注漿后的雷達剖面圖,圖中圈出的位置為注漿前不密實區域,現在注漿后可明顯發現原檢測處脫空不密實區域已經被填充。

圖4 注漿前雷達檢測剖面圖

圖5 注漿后雷達檢測剖面圖

4 結論

通過本次探地雷達對機場道面的檢測,以及道面注漿前后檢測結果的對比,我們可以得出探地雷達作為一種無損檢測設備,對道面的脫空檢測有著明顯的效果,并且可以保證檢測結果的可靠性,為后期跑道使用部門在維修保養跑道方面提供技術支持,及早發現道面脫空情況,避免不必要的事故發生。

［1］徐曉峰,劉家學,吳仁彪.基于探地雷達的機場場道脫空病害自動檢測［A］.全國第二屆信號處理與應用學術會議專刊［C］,2008:4.

［2］何煒混,吳仁彪,劉家學.基于探地雷達的機場場道脫空層檢測及厚度估計［J］.信號處理,2011(10):1547一1551.

［3］肖都.瀝青混凝土機場跑道面層脫空探地雷達圖像模擬及應用研究［J］.物探化探計算技術,2015(1):10一15.

Study on the APPlication of GPR in the Void Detection of AirPort Pavement

Lu Yannan Xiao Zhaoran
(School of civil engineering and architecture,Henan University of Technology,Zhengzhou Henan 450000)

Void as one of the airport concrete pavement diseases,because of its hidden features,we can not directlydeterminefrom runway surface.Combined with the second phase of Zhengzhou airport project,applying ground penetrating radar(GPR)for nondestructive testing on airport pavement void,by comparing before and after the grouting test results,the feasibility and reliability of the detection method were verified,providing technical supportfor runway void detection in the period of late airport operation.

Ground Penetrating Radar;nondestructive testing;airport;void

P631.3

A

1003一5168(2015)07一0099一3

2015一6一1

盧艷楠(1991一),男,在讀碩士,研究方向:巖土工程;肖昭然(1958一),男,博士,教授,研究方向:巖土工程。