地質雷達在公路路面無損檢測中的應用

嚴世通

摘要：現如今，城鎮化建設在不斷推進，進而形成了一個穩定而密集的公路網，已經投入運營的公路項目長時間受到車輛碾壓與多種自然性因素的影響，使得公路工程出現沉陷、脫空、離析、踏遍與裂隙等隱患，嚴重影響著公路工程的使用質量與運營安全。因此，為降低公路交通安全事故的發生概率，必須加強對公路路面的無損化檢測，從中獲取精準的檢測信息，以求為公路交通運行提供條件。而今，為實現對公路路面的無損檢測，應將地質雷達應用其中，借助雷達的現代化、實時性，從中獲取路面無損檢測信息，得知精準的病害信息，及時對病害開展處理，以降低損失，延長公路的使用壽命，進而充分發揮好公路這一基礎交通設施的重要作用，以促進社會經濟的全面發展。

關鍵詞：地質雷達；公路路面；無損檢測；應用

1、地質雷達技術的檢測原理

地質雷達與探空雷達的檢測原理大致相同，使用高頻電磁波（主頻為數十數百乃至數千兆赫）以寬頻帶短脈沖的方式，從地面進行發射天線向地下輻射，當它遇到地下介質或者介質分界面時發生反射，并返回發射器，被專門接收信息的接收天線接收，被計算機記錄下來，經過信息整理之后形成雷達剖面圖。因為電磁波在介質中運動時，其傳播路徑、磁場強度以及電磁波的波形會受介質的特點和幾何形態影響。所以在接收到的電磁波特點、傳播時間、幅度、頻率和波形等，必須進行雷達圖像的整理，才能進行確定公路的情況。雷達圖像剖面圖是通過脈沖反射波的波形形式展現的。其波形通過變面積形式進行展現，或者通過灰度或彩色剖面形式進行展現。并通過同相軸或等灰線、等色線進行表示反射面的情況。在波形記錄圖上根據各測點均以測線的鉛垂方向確定波形，即可形成完整的雷達成像剖面，使人們可以清楚地看到公路路面的損壞程度。

2、應用地質雷達技術的物理前提

結合地質雷達技術的基本運行原理，可將該技術應用到公路路面的無損檢測中，可介質地質雷達技術來檢測路面隱患與病害，實施該項技術的物理前提是：路面基層和上介質層、下介質層間，缺陷異常體和周圍介質間，兩部分間的電性存在嚴重差異，尤其是在介電性系數，而介電常數又會影響材料結構、組成成分等信息，也會影響含水量與孔隙度。而今，縱觀我國的公路路面基層施工實況，了解到基層以水泥穩定土、石灰穩定土、石灰和水泥穩定粒料等鋪筑性材料，且材料性質不同，介電常數也會發生改變。通常情況下，路面基層的濕度很大，應用礫石、石灰、土與粉煤灰等集料，此類集料的介電常數較大；而路面層主要是使用水泥混凝土與瀝青混合料，此類材料濕度小，介電常數小；而在基層的下部墊層材料應以二灰土、石灰土與碎石礫等為主，此類材料具有很大的孔隙，且含水量也比較高。

3、公路路面病害原因

公路路基往往由于混凝土含水量過多、整體承載能力不高、混凝土內外溫差過大，壓實度不足等缺陷，導致路基發生沉降，出現空洞、暗穴，甚至會出現滑坍等情況。路面在車輛超重的影響和風霜雨雪的侵襲下，會逐漸降低公路的使用性能，出現公路路面沉降、車轍推移以及裂縫增多等現象。其次由于公路結構層透水性不強引起路面集水，出現公路體軟弱等情況。公路損害的原因不是單一的，出現公路質量不過關，風霜雨雪的侵襲過多以及人為因素等也會導致公路病害。路基存在問題與路面存在問題也不是單一的，是兩者相互作用、互相影響而形成的。所以在公路損害的檢測中，查清楚其發生原因是非常有必要的。現在公路路面檢測方法有很多，但能準確地檢測出公路損壞的原因的方法并不是很多，如果不能準確地檢測出公路損害的根本原因，只能導致公路的后期維護沒有針對性、花費了大量的人力物力之后也無法得到真正的解決。

4、地質雷達在公路路面無損檢測中的應用

公路路面的結構呈現層次性分布，鋪筑在每層的材料在介電性參數上存在一定的差異性，處在正常狀態下的路面基層圖像色譜圖表現為近水平線型展布，且每層的信號強度參數保持一致，這都表現與反映在實際的圖像上，使得圖像沒有更為明顯的變化。

4.1 公路路面裂紋檢測

裂縫在公路病害異常損壞的情況中比較常見。從雷達探測原理得出，反射波的頻率越高起伏越明顯，探測裂縫的深度越淺，公路探測情況的就越清晰；反之反射波的頻率越高起伏越不明顯，探測裂縫的深度越深，公路探測情況的就越模糊。雷達探測只能探測裂縫較淺的部分較深的裂縫可以使用超聲波法進行探測。較深的裂縫表現為向兩邊分散的有傾斜度的同相軸，裂縫較淺的雷達圖象異常與此相似，但波形起伏不大。

4.2 密實度不均勻的檢測

若公路路面的密實度存在不均勻的情況，如離析、壓實度與濕度等都不夠均勻，極易使得介電常數出現變化與差異，在此環節電磁波會產生發射行為，在地面位置上能夠接受到來自雷達探測所提供的剖面圖像。若密實度不夠均勻，異常幅度很可能會變大，對邊界進行判斷時所使用的定性方法是：一旦出現路面不均勻現象，邊界位置會出現連續性的反射波，且同相軸呈現彎曲與中斷現象，波越長，波幅也會呈現明顯的變化，波組也會發生明顯的變化。

4.3 公路路面鋼筋網檢測

要探測公路路面鋼筋網的損壞情況時，可以使用雷達探測進行探測。由于公路鋼筋對鐵磁性的物質感應特別敏感，所以運用電磁波原理可以有效地檢查出公路路面鋼筋網的具體情況。電磁波檢查表現為同相軸有明顯的波峰突起，其圖象顯示跟鋼筋的損耗程度有關，損耗程度輕時同相軸呈小弧行，損耗程度嚴重時則連成了一片。

4.4 路面局部脫空檢測

縱觀公路路面的局部脫空情況，從來理論角度來看，屬于基層與面層相結合的密實區域，層次間的反射性差，且波形表現更為平緩、規則，不存在雜亂反射的問題。若路面結構中積水未能及時得到排除，會讓地表水逐步下滲，會讓基層與面層呈現疏松的狀態，出現了局部的脫空現象。在此種狀態下，層次間的介質介電常數存在著很大的差異，結合波傳播性質、雷達波的發射界面，整個反射節目越明顯，波的傳播速度就會越來越低。

5、結束語

綜上所述，將地質雷達應用到公路路面無損檢測工作之中，相較于傳統的檢測方法，對路面無損檢測的結果更為精準、有效，且數據信息獲取速度快捷，能大大提高公路路面無損檢測質量，以便及時做出正確而及時的反應。在路面無損檢測中應用地質雷達技術，主要針對離析、裂隙、塌陷、脫空等路面損壞問題，實現對路面的全面監控，能獲取真實、有效的檢測數據，便于相關人員以獲取精準的信息，以求應用到新建工程項目的質量驗收之中，能大大降低質量缺陷發生的概率，從而達到控制路面質量的目的。

參考文獻：

[1]地質雷達在公路路面厚度檢測中的應用[J].李冷雪.交通世界.2016（11）.

[2]地質雷達在公路路面無損檢測中的應用[J].朱能發，孫士輝，陳堅.工程地球物理學報.2014（04）.

（作者單位：四川城市職業學院）