談探地雷達(dá)在城鎮(zhèn)道路路面厚度檢測中的應(yīng)用

喬 燕 燕

(太原市市政公共設(shè)施管理處，山西 太原 030002)

·道路·鐵路·

談探地雷達(dá)在城鎮(zhèn)道路路面厚度檢測中的應(yīng)用

喬 燕 燕

(太原市市政公共設(shè)施管理處，山西 太原 030002)

在簡述地質(zhì)雷達(dá)基本原理和工作方法的基礎(chǔ)上，以某新建城鎮(zhèn)道路路面厚度檢測為例，對地質(zhì)雷達(dá)在瀝青道路路面厚度檢測方面的應(yīng)用情況進(jìn)行了論述，通過研究分析，提出了檢測過程中存在的問題，以推動(dòng)探地雷達(dá)技術(shù)在道路探測中的不斷發(fā)展。

地質(zhì)雷達(dá)，城鎮(zhèn)道路，路面厚度，探測

隨著現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，城市道路交通也在不斷完善，瀝青混凝土路面作為城鎮(zhèn)道路主要路面結(jié)構(gòu)形式，路面厚度是施工過程中質(zhì)量控制及施工驗(yàn)收檢測項(xiàng)目的主控項(xiàng)目之一。傳統(tǒng)的鉆孔取芯法屬于破壞性檢驗(yàn)，存在抽樣數(shù)少、代表性差、費(fèi)用高、檢測速度慢等弊端。而探地雷達(dá)技術(shù)屬于無損檢測，具有精確、直觀、快速而經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢，而且雷達(dá)波頻率高、波長短、分辨率高,還可實(shí)現(xiàn)非接觸性連續(xù)測量。雖然這項(xiàng)技術(shù)已于20世紀(jì)80年代后期在公路工程中得到很好的應(yīng)用,但由于城鎮(zhèn)道路存在地下管線多樣化、地質(zhì)條件比較復(fù)雜，導(dǎo)致電磁波傳播過程受到地下和路面交通設(shè)施的干擾較多，因此探地雷達(dá)技術(shù)在城鎮(zhèn)道路探測中還處于探索階段。

1 基本原理和方法

探地雷達(dá)檢測瀝青面層厚度屬于反射波探測法，運(yùn)用1 GHz～2 GHz空氣耦合天線，采集電磁波在空氣與路面中的傳播，假定瀝青層中電磁波傳播速度固定不變，理論意義上將反射界面劃分為兩個(gè)層面，采用波的傳播原理對兩個(gè)界面進(jìn)行縱向的分層追蹤進(jìn)而得到瀝青層厚度值(見圖1)。

因此根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)記錄的瀝青層上面層與下面層反射波的雙程時(shí)間差ΔT，即可據(jù)公式計(jì)算出瀝青層厚度值：

H=v·ΔT/2。

其中，v為電磁波在瀝青層的傳播速度,cm/ns;ΔT為電磁波在瀝青層上、下面層反射雙程時(shí)間差，ns。

相對于雷達(dá)所用的高頻電磁波而言，面層所用的材料都是低損耗介質(zhì)，屬于非磁體、非導(dǎo)電介質(zhì)，速度可以簡化為：

其中，c為電磁波在大氣中的傳播速度，為30 cm/ns；εr為面層相對于空氣的有效介電常數(shù)，它取決于構(gòu)成面層的所有物質(zhì)的介電常數(shù)，與構(gòu)成面層的瀝青混合料的產(chǎn)地、配合比、濕度、壓實(shí)度及設(shè)計(jì)參數(shù)等密切相關(guān)。

2 實(shí)踐應(yīng)用

2.1 檢測過程

1)進(jìn)行厚度檢測前，對所采用的測距輪按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行標(biāo)定，取得標(biāo)定參數(shù)值。

2)根據(jù)要求選用2 GHz空耦天線對瀝青路面厚度進(jìn)行檢測，安裝好測距輪，連接天線，保證天線距離路面43 cm～45 cm，固定好天線，保證天線與路面平行。

3)開啟主機(jī)，新建文件，根據(jù)實(shí)際檢測情況，設(shè)定合適的測距輪標(biāo)定參數(shù)、濾波參數(shù)、延時(shí)參數(shù)、時(shí)窗等參數(shù)，在天線下方放置薄金屬鐵板，鐵板中心位置與天線中心位置垂直對齊。在車輛不行駛狀態(tài)下，先采集一段雷達(dá)數(shù)據(jù)，接著模擬車輛行駛狀態(tài)，以盡可能大的幅度盡量一致的頻率顛簸車輛，采集一段數(shù)據(jù)，即形成鐵板文件，作為路面找平的依據(jù)。

4)拿開鐵板，汽車啟動(dòng)，在不改變采集參數(shù)的情況下，依據(jù)道路車道分布采集雷達(dá)數(shù)據(jù)，并做好記錄，必要時(shí)進(jìn)行人工手動(dòng)打標(biāo)。

5)關(guān)閉主機(jī)，拆卸天線及測距輪，按位置存放相關(guān)配件。

2.2 數(shù)據(jù)分析

1)將制作的鐵板文件運(yùn)用標(biāo)定模塊形成標(biāo)定文件。2)運(yùn)用標(biāo)定文件對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行路面找平，并對找平后的文件進(jìn)行交互式解釋，對瀝青路面下面層與結(jié)構(gòu)層的分界面進(jìn)行點(diǎn)拾取。3)實(shí)際分析時(shí)，取一段比較平緩的路段所鉆取芯樣高度，反算傳播速度，對整個(gè)層信息進(jìn)行速度修正，即可導(dǎo)出層文件，得到路面面層厚度值。以太原市某條新建城鎮(zhèn)道路為例，地質(zhì)雷達(dá)檢測瀝青混凝土面層得到的剖面圖如圖2～圖4所示。

依據(jù)采集數(shù)據(jù)，在檢測路段現(xiàn)場選取一段比較平緩的路段作為代表，隨機(jī)鉆孔。鉆芯孔號換算速度表見表1。

表1 鉆芯孔號換算速度表

根據(jù)鉆孔所得芯樣高度計(jì)拾取位置的雙程時(shí)間，軟件會(huì)反算出電磁波在瀝青層的傳播速度，根據(jù)這兩組驗(yàn)證數(shù)據(jù)，可以采用速度11.5 cm/ns進(jìn)行整層修正，即得到整個(gè)剖面內(nèi)瀝青面層的厚度值。

3 存在問題

1)鐵板文件作為標(biāo)定文件的源文件，在制作過程中存在許多人為的因素，比如顛簸幅度無法具體實(shí)施，頻率不能保證完全一致等，都可能引起最終結(jié)果的誤差。

2)鉆孔的目的在于采取合理的傳播速度，但引起波速變化的原因很多，如瀝青面層材料配合比、強(qiáng)度等。在實(shí)際檢測過程中波速是難以控制的變化量，電磁波在面層厚度范圍內(nèi)的傳播速度不可能為一個(gè)定值。特別是采取某一個(gè)固定的傳播速度對整段城鎮(zhèn)道路路面厚度進(jìn)行修正，不太合理。目前常用的校核辦法都要借助試驗(yàn)段與鉆孔取樣不斷對比，才能保證高精度，但對于城鎮(zhèn)道路，路線短，尤其對于新建道路，如果采用此方法，沒有體現(xiàn)探地雷達(dá)檢測的優(yōu)勢。

3)采用探地雷達(dá)進(jìn)行無損檢測后，還要采取原始的鉆孔進(jìn)行反算速度，對于工程規(guī)模較小的城鎮(zhèn)道路，反而不太經(jīng)濟(jì)。

4)對于檢測頻率的確定，目前沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。依據(jù)CJJ 1—2008城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定，按照1 000 m2取一個(gè)點(diǎn)，但雷達(dá)檢測技術(shù)為一個(gè)連續(xù)剖面式的檢測方式。在公路上的應(yīng)用比較成熟，依據(jù)JTG F80/1—2004公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)雙車道每200 m測1處，但對于城鎮(zhèn)道路，路線短，寬度窄，一般會(huì)出現(xiàn)每個(gè)車道取1個(gè)點(diǎn)的情況，而1個(gè)點(diǎn)不足以代表該車道路面厚度是否符合規(guī)范要求。

5)測距輪顯示的位置為檢測路線的相對距離位置，不能準(zhǔn)確的定位，對點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地放樣，在鉆孔取樣反算時(shí)存在一定的誤差，對于彎道較多的城鎮(zhèn)道路，尤為明顯。測距輪的標(biāo)定長度在檢測過程中也會(huì)對整個(gè)長度產(chǎn)生誤差。

4 結(jié)語

探地雷達(dá)技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用已經(jīng)較成熟，但對于城鎮(zhèn)道路領(lǐng)域涉足尚淺，在不斷對比參考的過程中，還存在一定的區(qū)別。只能在不斷實(shí)踐中，深入研究，編制出適合于城鎮(zhèn)道路的相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。探地雷達(dá)技術(shù)路面厚度檢測中，能否取代鉆孔取芯的方法，在瀝青路面和水泥混凝土路面上存在差異性。

[1] 金 峰，張金榮.探地雷達(dá)在路面厚度檢測中的應(yīng)用淺析[J].山西建筑，2008,34(26)：291-293.

[2] 李志強(qiáng).地質(zhì)雷達(dá)檢測瀝青路面厚度誤差分析及校核方法[J].道路工程，2009(2)：86-88.

[3] 曾昭發(fā)，劉四新.探地雷達(dá)原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

Discussion on the application of ground-penetrating radar in urban road pavement width detection

Qiao Yanyan

(TaiyuanMunicipalPublicFacilitiesAdministrationDepartment,Taiyuan030002,China)

On the basis of describing basic working principles and working methods of ground-penetrating radar, taking the new urban road pavement width detection as an example, the paper discusses the application conditions of geological radar in asphalt pavement width detection, and points out detection problems, with a view to promote the growing development of ground-penetrating radar technology in road detection.

geological radar, urban road, pavement width, exploration

2014-11-25

喬燕燕(1984- )，女，碩士

1009-6825(2015)04-0121-02

U416.2

A