探地雷達在高速公路運營期路基病害檢測中的應用研究

俞先江，王 正，鄭 鑫，馬圣昊，顧章川

(中設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014)

探地雷達在高速公路運營期路基病害檢測中的應用研究

俞先江，王 正，鄭 鑫，馬圣昊，顧章川

(中設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014)

通過采用探地雷達設備對江蘇省某運營期高速公路的邊坡沖刷部位的路基進行無損檢測，研究分析路基是否存在不密實、松散、脫空等病害，進而提出針對性的處理措施對高速公路進行加固，提高路基路面整體性，提升車輛行駛安全，為運營期高速公路的養護設計提供參考意見。

探地雷達；運營期；高速公路；路基病害

1 探地雷達檢測原理

探地雷達的原理是通過發射天線向地下發射高頻電磁波，而后通過接收天線接收反射回地面的電磁波，電磁波在地下介質中傳播時遇到存在電性差異的界面時發生反射，介質的差異性是電磁波發生反射的先決條件，根據接收到電磁波的波形、振幅強度和時間的變化特征判斷地下介質的空間位置、結構、形態和埋藏深度。

探地雷達的數據處理是在對雷達波進行處理和分析的基礎上，結合現場記錄的異常信號位置，利用介質的電性特征，排除異常電磁波干擾，根據檢測對象和檢測目的的不同，再進行一系列的數據處理步驟，真實的還原地下結構特征，從而判斷目標體的位置、結構、形態。對于分析路基介質的缺陷，通常需要進行反卷積處理以消除垂直信號的干擾。

圖1 探地雷達探測示意圖

在道路路基病害檢測中一般使用100～900 MHz的屏蔽天線，雷達測線一般沿道路路面走向布設，根據檢測目的，可適當布置橫向測線(與道路走向垂直)，測線間距要視工程性質和探測對象的幾何形態而定。在采取探地雷達進行現場檢測時，應隨時根據異常信息，根據檢測目標和對象的不同，可合理選擇天線型號、采樣時窗、增益的大小和疊加次數，以消除各種電磁干擾，獲得較好的測試效果。

2 探地雷達數據處理步驟

數據處理采用美國GSSI 公司專門研發的地質雷達數據處理軟件RADAN6.0進行，RADAN6.0 是一款基于Windows 平臺的雷達處理軟件，具有處理功能強大，界面友好等特點，包括全套濾波，反褶積、希伯特變換、數據編輯、偏移、地形校正、比例調節、三維成像顯示、分層解釋、速度分析。

圖2 數據處理流程

3 工程應用分析

江蘇省某高速公路由于連續的降雨，路基邊坡發生了嚴重的雨水沖刷，該高速下行K29+360處右側邊坡路段存在一處預埋的通訊設施，雨水長期沖刷后造成路基邊坡垮塌，并對路基造成一定損害(局部路基下已脫空)，目前已采取灌沙充填路基空洞。上行K32附近(150 m范圍，拱形護坡局部被破壞、急流槽被破壞、截水溝破損)，其中上行K31+980～K32+030處最為嚴重，該處邊坡坍塌已導致部分二灰碎石層裸露。

檢測路段為填方路基，路基邊坡填土高度H>3 m，上路堤壓實度≥94%，下路堤壓實度≥93%。當基底處于上路堤范圍時，基底的壓實度≥上路堤的壓實標準94%，路床部分80 cm采用6%石灰處治土填筑(壓實度96%)。

工程地質特征：上部土層為全新統稍密—中密粉砂，局部夾淤泥質亞粘土，連續分布，埋深淺，厚度較大，粉砂具輕微—中等液化潛勢。中下部多為密實狀粉砂、細砂及中粗砂，長江河道處下部顆粒較粗，兩岸則較細，層厚巨大。

由于檢測路段為填方路基，本次檢測采用美國GSSI設備，主機型號為SIR3000型探地雷達，天線型號為100 MHz和400 MHz。100 MHz參考檢測深度為10 m，精度為0.2 m；400 MHz參考檢測深度為2 m，精度為0.06 m，檢測設備滿足檢測要求。

檢測范圍： K29+284～K29+404下行超車道、行車道及硬路肩， K32+000～K32+100段上行硬路肩，檢測時根據現場情況布置縱向測線和橫向測線，病害嚴重位置采取加密測線布置。檢測指標為路基內部完整性。

3.1 測線布置方式

圖3 下行K29+284～K29+404測線布置圖

圖4 上行K32+000～K32+100測線布置圖

3.2 探測結果分析

(1)下行K29+284～K29+404段

縱向測線檢測結果：下行K29+284～K29+404段硬路肩、行車道、超車道分別布置2條測線，對雷達圖形進行分析，400 MHz探測天線與100 MHz探測天線均表明K29+352～K29+368路基在埋深0.8～1.3 m位置存在不同程度的松散、脫空情況。

橫向測線檢測結果：400 MHz探測天線與100 MHz探測天線均表明在距離路表0.8～1.3 m處的路基橫向不連續，存在松散的現象，同時橫向測線結果與縱向測線檢測結果具有較好的關聯性。探測結果表明路基空洞是由于雨水沿著內側的電力井滲透到路基，貫穿整個路幅寬度，雨水從邊坡沖刷嚴重位置滲透出來，形成較大的路基空洞。

處理建議：該段落由于路基邊坡沖刷嚴重，同時在內側的電力井由于連續降雨，雨水沿著內側的電力井滲透到路基，貫穿整個路幅寬度，形成路基空洞和不密實病害，并從邊坡沖刷嚴重位置雨水滲透出來，形成較大的路基脫空。因此建議對該段落路基進行加固處理，同時對邊坡進行防護。

(2)上行K32+000～K32+100段

縱向測線檢測結果：所檢測區域道路結構層分層較為明顯，路基未見明顯病害。橫向測線檢測結果：所檢測區域道路結構層分層較為明顯，橫向連續性較好，路基未見明顯病害。

探地雷達結果與該段落現場情況較吻合，表明該段落路基邊坡沖刷未對路基結構層造成損害，因此該段落的加固處理，僅需對路基邊坡進行加固處理。

根據檢測目的不同，采取2種型號的天線，分別布置了不同數量的縱向測線和橫向測線，查出了路基空洞原因，提出了處理建議；2個段落的雷達檢測結果表明探地雷達設備檢測高填方路基內部質量是可行、有效的，同時橫向測線結果能驗證縱向測線結果，提高檢測結果可靠度。

4 結論與展望

(1)本文運用了探地雷達設備對運營期高速公路的路基進行病害探測，取得了較好的應用效果，解決了工程問題。

(2)研究成果表明采取400 MHz和100 MHz天線對運營期高速公路路基病害檢測可行性較好，400 MHz不僅能夠探測出路面結構層病害，同時能夠探測出路床區域范圍內的路基病害；100 MHz可對高填方路基進行探測，判斷路基深部是否存在缺陷。因此建議采取兩種天線對路基缺陷進行探測。

(3)根據探地雷達無損檢測結果，提出了路基病害加固處理措施，為運營期高速公路的養護提供了參考建議。

(4)無損檢測將是工程應用的一個趨勢，尤其對于運營期高速公路，推廣無損檢測手段，有助于減少對現有路基路面造成損害，提高效率，節約國家資產。

[1] 江凱.探地雷達在路基檢測中的應用研究[D].西南交通大學，2011.

[2] 謝昭暉，李金銘.探地雷達在道路路基病害探測中的應用研究[J].地質與勘探，2007，43(5)：92-95.

[3] 趙建三，郭云開，唐平英，等.探地雷達在公路路基質量檢測中的應用研究[J].長沙鐵道學院學報，2003，19(1)：25-30.

AdissertationontheapplicationresearchoftheGroundPeretrationRadar(GPR)inroadbeddiseasedetectionduringoperationalphaseofexpressway

YU Xian-jiang，WANG zheng，ZHENG Xin，MA Sheng-hao，GU Zhang-chuan

(China Design Group Co., Ltd.,Nanjing,Jiangsu 210014，China)

By means of ground penetrating radar (GPR) equipment for an operating period of Jiangsu province highway subgrade slope erosion parts of the nondestructive testing, research and analysis of subgrade whether diseases, such as imperfect, loose, escapes, put forward specific measures to reinforce the highway, improve subgrade pavement integrity, improve vehicle safety, provide a reference for operation period of highway maintenance design.

the Ground Penetrating Radar (GPR)；operation phase；the highway；roadbed diseases

2017-03-29

俞先江(1978-)，男，高級工程師，主要從事道路工程檢測等工作。

江蘇省2016交通運輸科技與成果轉化項目：項目名稱《江蘇省公路工程質量監督檢查標準化研究》，項目編號：2016B04。

U415.5

：C

：1008-3383(2017)07-0022-02