高速公路路基路面無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

楊昌貴

(貴州省交通科學(xué)研究院股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550008)

高速公路路基路面無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

楊昌貴

(貴州省交通科學(xué)研究院股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550008)

將探地雷達(dá)作為主要研究對(duì)象，結(jié)合某高速公路實(shí)際情況，在交代探地雷達(dá)基本檢測(cè)方法與適用范圍的基礎(chǔ)上，從數(shù)據(jù)的采集與處理角度入手，對(duì)探地雷達(dá)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行深入分析，最后通過(guò)驗(yàn)證及實(shí)踐得出不同層位平均厚度可以滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，但仍需注意與其它方式聯(lián)合使用以消除誤差，提高檢測(cè)精度的結(jié)論。

高速公路；路基路面；無(wú)損檢測(cè)；探地雷達(dá)

1 工程概況

某該速公路建在山嶺重丘段，路段存在多處連續(xù)轉(zhuǎn)彎與陡坡。近幾年伴隨我國(guó)公路交通量不斷增加，特別是重型載重汽車(chē)在上坡段緩慢行駛，而下坡段超速行駛或剎車(chē)失靈，大幅增大事故發(fā)生率，對(duì)公路行車(chē)安全及通行能力均造成嚴(yán)重影響。所以在去年年底完成了緊急避險(xiǎn)車(chē)道的修建任務(wù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按由上至下的順序，爬坡車(chē)道分為以下幾種結(jié)構(gòu)：厚度為5 cm的改性瀝青面層；同步碎石封層；厚度為28 cm的瀝青冷再生層；厚度為20 cm的水穩(wěn)碎石基層；厚度為20 cm的水穩(wěn)碎石底基層；厚度為80 cm的砂礫石路床。

2 探地雷達(dá)檢測(cè)

2.1 檢測(cè)方法

探地雷達(dá)作為典型無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可在公路檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用，根據(jù)地下介質(zhì)、土質(zhì)與巖層在介電常數(shù)等方面存在的差異，并將不同物質(zhì)所存在的電性差異視作測(cè)試進(jìn)行的前提，形成一個(gè)反射界面，對(duì)地下物體實(shí)際情況進(jìn)行探測(cè)。

根據(jù)地面接收到的回波時(shí)間及特性，能對(duì)地下介質(zhì)深度及變化情況進(jìn)行判別。在公路路基路面中，每個(gè)結(jié)構(gòu)層都有著不同的電性，這為探地雷達(dá)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的深入處理，在對(duì)電磁波表現(xiàn)出的動(dòng)力學(xué)特征實(shí)施分析時(shí)，對(duì)電性發(fā)生突變的節(jié)點(diǎn)的實(shí)際埋藏深度進(jìn)行反演，即可對(duì)其開(kāi)展定性與定量解釋。基于此，在探地雷達(dá)的支持下，可對(duì)路基路面發(fā)生的沉陷與溶洞等進(jìn)行探測(cè)，掌握它們的分布規(guī)律、深度與大小，以此為后續(xù)的治理工作提供數(shù)據(jù)支持。

按天線種類(lèi)的不同，可將公路檢測(cè)用探地雷達(dá)分為地面耦合天線與空氣耦合天線兩種。其中，地面耦合天線正常情況下的工作頻率可穩(wěn)定在30～1 000 MHz范圍內(nèi)，垂直分辨率高且探測(cè)深度大。然而，由于在路面測(cè)試過(guò)程中需要和地面直接接觸，所以采集數(shù)據(jù)的速度較慢，無(wú)法滿足快速檢測(cè)要求；而空氣耦合天線正常情況下的工作頻率為0.5～2.5 GHz，具有高效、瞬時(shí)與分辨率高等特征。在路面狀況的評(píng)價(jià)工作中，經(jīng)常會(huì)用到空氣耦合天線。

2.2 適用范圍

可用在路面下方存在一定隱患與問(wèn)題的公路，作為主要檢測(cè)手段。除此之外，還能在工后維修及檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)不同結(jié)構(gòu)層實(shí)際厚度實(shí)施檢測(cè)時(shí)應(yīng)用，作為綜合評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)來(lái)源和檢測(cè)手段。探地雷達(dá)通過(guò)對(duì)路面下方10～30 m深度范圍內(nèi)的掃描，除了能對(duì)潛蝕洞穴、黃土陷穴與古墓等進(jìn)行探測(cè)，還能探測(cè)出地下暗河與溶洞。

3 探地雷達(dá)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)采集和處理

根據(jù)本工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，采用探地雷達(dá)對(duì)北部爬坡車(chē)道進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)內(nèi)容主要為該車(chē)道的路基路面實(shí)際厚度。由設(shè)計(jì)資料可知，該車(chē)道總長(zhǎng)為1.4 km，于車(chē)道中線布置測(cè)線。探地雷達(dá)選用TerraSIRch SIR-3000探地雷達(dá)，配合地面耦合天線，其頻率為400 MHz，選定距離測(cè)量的應(yīng)用模式，按3 m的間距進(jìn)行打標(biāo)，采樣點(diǎn)的總個(gè)數(shù)為512個(gè)，記錄長(zhǎng)度及介電常數(shù)分別為50 ns和4。

數(shù)據(jù)處理主要由RADAN軟件進(jìn)行。導(dǎo)出現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得到的數(shù)據(jù)之后，按以下流程進(jìn)行處理：水平刻度調(diào)整→疊加→抽道→加密→反射波信號(hào)具體位置確定→調(diào)整信號(hào)的延時(shí)信息→介電常數(shù)的設(shè)定與調(diào)整→振幅增益調(diào)整→水平分析→除去干擾→疊加→濾波→輸出。在得到最終成果之后，需對(duì)其進(jìn)行解釋。

3.2 檢測(cè)結(jié)果與分析

高路段某處再生層及面層實(shí)際厚度采用鉆孔標(biāo)定的方法進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示二者總厚度在35.7 cm左右，在探地雷達(dá)圖像中截取次部分對(duì)應(yīng)點(diǎn)位的發(fā)射波信息，如其雙程走時(shí)為11.9ns，據(jù)此采用以下公式對(duì)再生層與面層對(duì)應(yīng)的電磁波實(shí)際波速進(jìn)行計(jì)算：

v=2h/Δt

(1)

式中：v表示電磁波波速；h表示采用鉆孔標(biāo)定方法得出的總厚度；Δt表示雙程走時(shí)。經(jīng)計(jì)算，再生層與面層對(duì)應(yīng)的電磁波實(shí)際波速為0.06 m/ns。

將施工資料作為依據(jù)，水穩(wěn)底基層與基層對(duì)應(yīng)的電磁波實(shí)際波速均采用經(jīng)驗(yàn)值，即0.08 m/ns，據(jù)此算出基于探地雷達(dá)的各層實(shí)際厚度(檢測(cè)結(jié)果)，如表1所示。然后借助探地雷達(dá)技術(shù)提出的交互式解釋定義，對(duì)這一檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行解釋。

由表1檢測(cè)結(jié)果可知，通過(guò)計(jì)算獲得的不同層位平均厚度可以滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，標(biāo)準(zhǔn)差的最大值為0.066 m，但是這一施測(cè)段的水泥碎石穩(wěn)定底基層局部無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。考慮到鉆孔的過(guò)程必然會(huì)對(duì)路面造成一定程度的破壞，所以此次檢測(cè)工作僅在一處鉆取一份鉆芯樣品，由此對(duì)探地雷達(dá)的實(shí)際波速進(jìn)行標(biāo)定，所以在檢測(cè)的準(zhǔn)確度方面該方法可能存在一定誤差。

表1 基于探地雷達(dá)檢測(cè)的各層實(shí)際厚度

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)探地雷達(dá)圖像的處理，能得出的直觀清晰的分層圖像，直接反映出路基路面整體結(jié)構(gòu)劃分，達(dá)到連續(xù)、無(wú)損、高效和精準(zhǔn)檢測(cè)的目的。在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，為進(jìn)一步提高檢測(cè)準(zhǔn)確度，應(yīng)注意和其他檢測(cè)方式的聯(lián)合應(yīng)用，如鉆芯法等。

[1] 侯志鋒，王冕，麻斌.談高速公路路基路面無(wú)損檢測(cè)技術(shù)[J].山西建筑，2013，(3):141-142.

[2] 姜越川.高速公路路基路面無(wú)損檢測(cè)技術(shù)[J].中華建設(shè)，2013，(10):168-169.

[3] 盧穎.談高速公路路基路面無(wú)損檢測(cè)技術(shù)[J].門(mén)窗，2014，(10):117.

U415.5

C

1008-3383(2017)09-0180-02

2017-08-01

楊昌貴(1989-)，男，貴州雷山人，助理工程師，研究方向：公路工程。