探地雷達在道路無損檢測中的應用思路構架實踐

吳細平

(江西省建筑材料工業科學研究設計院,江西 南昌 330001)

使用探地雷達對于公路地質等進行巖石性質等的檢測,包括探測冰川的厚度,土壤以及巖石的性質等等,具有非常實用的應用價值。由于探底雷達是利用高頻或者超高頻脈沖電磁波進行地下介質地球物理勘測方法,因此它在問世之后,就被廣泛應用于勘測和工程建設中。

1 探地雷達工作原理簡析

探地雷達的工作原理,采用高頻電磁波對周圍介質進行能量的探測,然后使用寬屏形式將獲得的信號,通過地面發射天線送到地下,然后遇到地層或者目標體的時候,再將信號反射回地面。此時經過接收電天線接收和反射的脈沖,在天線的幫助下發射脈沖,以掃描記錄的形式,得到時間和振幅函數的反射脈沖圖形。經過在地面的連續移動,對于不同位置的地面情況進行掃描,形成了一張與地震記錄相似的時距曲線圖。通過實際曲線圖探地雷達獲得的相關的頻段,包含了地下介質準電介質等等。

波速可以通過公式加以計算。其中公式中的真空光速和地下介質的相對介電常數是可以計算出反射界面深度的。相對介電常數可以通過脈沖旅行時間和波速進行計算,獲得相關的參數。在周圍建置有反射體的電導波和介電常數中,經過反射脈沖信號的強度與介面的波反射系數和衰減系數的相應的計算,得到了公路結構中進行雷達正常反射后形成的地質雷達掃描波形。

2 公路結構模型與探地雷達反射信號的關系。

(1)地形公路結構與反射波形的探底雷達的信號獲取時,應該對公路的結構進行探測,公路一般分為瀝青水泥混凝土面層和基層等。根據公路的等級和運用的材料,先對面層的厚度進行測量,有的面層厚度為8～30cm,有的面層厚度為20～40cm。

根據路基的厚度變化大小,產生的電性也是不同的,此時運用探地雷達進行界面的反射,可以看到反射脈沖的旅行時間和振幅,將這些層面的反射信號以及變化加以定性的解釋。向上的箭頭表示參數不斷增大,向下的表示不斷減小。在公路條件對應的雷達信號上,電話可以通過探地雷達波形掃描記錄加以獲取,與公路有關介質的物性參數,也可以通過掃描記錄得到相應的參數。通過這些參數的對比,我們可以計算出波速,最后得到各層的厚度,以及各層的電磁波傳播速度[1]。

(2)對于水分進行計算是介電常數常見的水分關系的計算公式。利用地球物理對于測井中的體積模型進行水分含量的估算。假定固體填料中包含了空氣和水,而天窗的空隙可以測算出各個段的脈沖旅行時間。通過對空氣含量和混合介質進行介電常數的計算,能夠得到相應的節點常數,隨著孔隙度變化的實際數據吻合,類似于上述公式中的計算和和介質可以進行體積模型公式的計算,只要與雷達頻段與其他實驗數據相吻合,則可以測出最小水分體積含量,得到相應的水分重量百分比[2]。

(3)計算壓實度可以參照水分重量百分比的公式進行計算。

(4)對于脫空的計算,是要將充氣的脫空放在一個較強的峰值中,計算出脫空的深度和大小。按照水平范圍和托空的垂直距離進行長度和深度的關系的測試。在多次反射明顯的前提下,如果看不到多次異常的反射,則要進行工作方法的調整。在進行雷達反射和電磁波的穿透深度的計算中,需要采用常見的工作方法和特殊的場工作方法結合的方式,導電率高,頻率就會越高。

(5)工作方法分析。進行雷達反射和電磁波的穿透深度的計算,需要采用常見的工作方法和特殊的場工作方法結合的方式,導電率高,頻率就會越高。對于工作公路質量檢測來說,檢測的面層厚度一般是放置在基層病害的檢測基礎上的,在實際工作中,測線的布置要根據建設單位的要求,例如天線頻率的側布置要保證一定的探測深度,還要保證相應的分辨率。

經過測試,采用900MHZ振子天線進行測試的時候,發現探測深度越小,電磁波頻率就越高。這在例腔鏡面上進行的測試是非常明顯的。水平采樣點上,布置側線可以每隔0.5m進行一點采樣。此時實驗要根據水平距離的自動標定,加以測線紋的連接,減少水平距離的積累誤差,每個測量段的距離可以小于2公里,進行探測的時候垂向采樣率為512個點。

儀器設備的準備可以使用進口的儀器。在公路質量檢測中,目前常使用的包括地理勘測儀器、探地雷達儀等等[3]。

3 案例分析

在某高速公路進行探地雷達的檢測的時候,發現當地的路基 情況非常好,路基土層中沒有復雜的反射信號,對于公路的涵洞的探測信號清晰可見。地質雷達接收到很強的反射和信號時,可以看到涵洞兩側有明顯的脫空,而且在建設的過程中,通過探地雷達的檢測,發現路面沉陷的情況比較嚴重,結構層遭到了破壞,有裂紋和路基變形的情況發生。此時用探地雷達可以探測巖層的厚度,確定了巖溶溶洞的深度和裂隙的大小,確定了局部的軟弱地帶。對于基層構造斷裂帶進行了圈定。在公路施工中,使用路面和路基厚度和密實度探測的方法,確定了裂縫和空洞,以及不均勻的情況。在公路維護過程中,對于基層結構破損和破損的前兆進行了檢測,結合相應的技術手段進行了問題的解決。

4 結語

經過實踐證明,探地雷達應用在公路建設的地質勘測應用中,能夠正確地評價公路路面以下的情況,在公路質量無損檢測中具有很好的精確度。通過嚴格的施工管理,采用連續精確的無損檢測手段,滿足了公路建設的相應的技術要求。