探地雷達在城市道路隱蔽病害檢測中的應用

陳勇雄

(廣州市市政工程維修處,廣東 廣州 510250)

城市道路隱蔽病害引發的道路塌陷事故已經成為困擾當前市政設施管理的緊要問題。按時按規定對使用中的城市道路進行檢測和鑒定,及時掌握城鎮道路的技術狀況,并應采取相應的養護措施,是保證道路設施的使用功能和服務水平的基礎和關鍵[1]。

1 城市道路隱蔽病害成因分析

城市道路隱蔽病害的主要類型包括松散病害、富水病害、脫空病害、空洞病害。城市道路隱蔽病害的形成過程是很復雜的,根據相關資料分析及工作實踐總結,城市道路隱蔽病害的形成原因可概括為以下幾個方面：地質結構作用和地下水作用,長期振動作用,地下人防工程的影響,基建施工的影響,地下管道施工尤其是管道非開挖施工,道路施工時各結構層碾壓不實,地下管道的破損及泄漏。

2 探地雷達

2.1 探測原理

探地雷達工作時向地下介質發射一定強度的高頻電磁脈沖,高頻電磁波以寬頻帶脈沖形式,通過發射天線被定向送入地下,由接收天線所接收。高頻電磁波在介質中傳播時,其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質的電性特性及幾何形態而變化[2],故通過對時域波形的采集、處理和分析,可確定地下界面或地質體的空間位置及結構。相對于探地雷達所用的高頻電磁脈沖而言,工程勘探和檢測中所遇到常見的介質都是以位移電流為主的損耗介質,在這類介質中,反射系數和波速主要取決于介電常數。

電磁波由空氣進入路面層,會出現強反射(對應地面,并且由于空氣中電磁波傳播速度較快,這時的地面對應的是負相位)；同樣,當電磁波由路面層傳播至基層,繼而由基層傳播到地基時,如果交界處貼合不好,或存在空隙、空洞,亦會導致雷達剖面相位和幅度發生變化,由此可確定路面厚度、發現道路病害情況。電磁波遇到以傳導電流為主的介質,比如檢測構件中存在的鋼筋(金屬管道),會出現全反射,接收到的能量非常強,在雷達剖面上顯示異常,以此可確定鋼筋(金屬管道)分布情況。

探地雷達系統可以檢測路面內部是否有脫空(空洞)、松散不密實、鋼筋層位、地下是否存在管線及路基結構層是否破碎沉降等情況,對道路路基病害情況進行大排查,重點記錄病害缺陷的類型、范圍、分布特征和缺陷程度。

圖1 探地雷達檢測原理圖

2.2 數據處理與解釋

圖像處理包括消除隨機噪聲、壓制干擾,改善背景；進行自動時變增益或控制增益以補償介質吸收和抑制雜波,進行濾波處理除去高頻,突出目標體,降低背景噪聲和余振影響。

圖像解釋和識別異常是一個經驗積累的過程,一方面基于探地雷達圖像的正演結果,另一方面由工程實踐成果獲得。只有獲得高質量的探地雷達圖像并能正確的判別異常,才能獲得可靠、準確的探測解釋結果。

識別干擾波及目標體的探地雷達圖像特征是進行探地雷達圖像解釋的核心內容。探地雷達在接收有效信號的同時,也不可避免地接收到各種干擾信號,產生干擾信號的原因很多,干擾波一般都有特殊形狀,在分析中要加以辨別和確認,識別雷達圖像的圖譜特征可實現道路隱蔽病害的評估[3]。

密實：界面反射信號幅值較弱,波形均勻,甚至沒有界面反射信號；

松散病害：界面反射信號為強反射,同相軸不連續、錯斷、雜亂,一般區域化分布,不密實分為輕度不密實和重度不密實；

空洞病害：界面反射信號強,呈典型的孤立體相位特征,通常為規整或不規整的雙曲線波形特征,三振相明顯,在其下部仍有強反射界面信號,兩組信號時程差較大；

脫空病害：界面反射信號幅值較強,多呈近似水平的帶狀分布,通常有多次反射信號。

富水病害：路基含水率增大,松軟,承載力不足。波組顯示主要為頂面反射波,由于電磁波的快速衰減,頂面以下反射較弱,頂面反射波與入射波同相,底面反射波與入射波反向。

地下管道：反射信號強,圖像呈分散的月牙狀。

3 工程應用

廣州市某城市快速路位于城際軌道工程在建路段,管養單位在日常養護及巡查過程中發現路面行車道出現多條縱向裂縫,且兩側行車道裂縫長度及寬度均較為嚴重,同時伴有輕微下沉現象。為掌握道路內部質量狀況及長期運營的安全性能,根據現場的場地條件和檢測方法的適用性,采用探地雷達無損檢測技術對可疑區域進行隱蔽病害檢測。由探地雷達圖像可知,該區域的道路結構層出現富含水,松散不密實,脫空等病害缺陷,建議對該路段存在缺陷的區域進行高壓注漿處理,對路面開裂進行灌縫修復,防止雨水滲入導致路基進一步松散、脫空下沉嚴重而造成安全隱患；加強對道路的日常巡查及養護,如在巡查過程中發現路面有明顯下沉現象應及時進行交通圍蔽和搶修處理。

圖2 探地雷達典型成果圖

4 結語

應用探地雷達無損檢測技術可以對城市道路的隱蔽病害以及承載力做出科學全面的評價,掌握道路的技術現狀并為采取相應的養護措施保障城市道路設施安全和人民生命財產安全提供技術依據。利用探地雷達無損檢測技術對城市道路進行質量評定具有連續性好、速度快、精度高等優點,具有顯著的社會經濟效益和廣闊的應用前景。

[1]陳勇雄,鐘曉林.綜合法在道路水損情況檢測中的應用[J].廣州建筑,2014(02)：42-44．

[2]張孝勝.淺談探地雷達在公路檢測中的應用[J].江西建材,2015(18)：156-157．

[3]施愛麗.探地雷達無損檢測技術及其在高速公路的應用探討[J].江西建材,2014(09)：148．