探地雷達(dá)在市政道路檢測(cè)中的應(yīng)用

王 良

(太原市政公共設(shè)施管理處，山西 太原 030024)

1 傳統(tǒng)路基路面檢測(cè)技術(shù)不足

市政道路交通量大，施工質(zhì)量要求高，必須做好施工質(zhì)量控制和檢測(cè)。在市政道路施工過程中，必須對(duì)路基路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的檢驗(yàn)，確保施工質(zhì)量。傳統(tǒng)的路基路面檢測(cè)技術(shù)采用隨機(jī)選擇的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，這種方法在很長(zhǎng)一段時(shí)間得到了廣泛的應(yīng)用，但仍具有一定的局限性，主要表現(xiàn)在以下兩方面：

1)檢測(cè)結(jié)果代表性不足。由于是采用隨機(jī)選取的方法確定檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)點(diǎn)的選擇具有任意性，代表性不足，在檢測(cè)過程中可能會(huì)忽略一些有隱患的路段，產(chǎn)生質(zhì)量隱患。

2)檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。采用傳統(tǒng)檢測(cè)方法進(jìn)行日常檢測(cè)過程中，檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。特別是對(duì)一些路基路面結(jié)構(gòu)中有孔洞或積水的問題，不能準(zhǔn)確檢測(cè)，造成檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。

因此，傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)結(jié)果由于代表性和準(zhǔn)確性不足，已經(jīng)不能滿足日益增長(zhǎng)的交通運(yùn)輸要求的需要。必須選用先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，而探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)速度快，準(zhǔn)確率高，不損壞路基路面結(jié)構(gòu)，可為市政道路施工質(zhì)量提供有效保證。

2 探地雷達(dá)測(cè)試原理

與探空雷達(dá)相似，探地雷達(dá)是通過向地面以下發(fā)送特定波長(zhǎng)的高頻電磁波，再通過均質(zhì)地層介質(zhì)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定傳播；但如果路基路面結(jié)構(gòu)中存在孔洞或不同結(jié)構(gòu)層分界面時(shí)，高頻電磁波不能直接穿過，會(huì)產(chǎn)生反射和透射，通過接收天線將反射波接收后，進(jìn)一步進(jìn)行分析和處理后，通過軟件和硬件分析得出不同的波形。通過對(duì)反射波進(jìn)行分析和處理，可以確定路面結(jié)構(gòu)層的厚度，地下隱蔽目標(biāo)物的位置和幾何尺寸，對(duì)新建市政道路進(jìn)行質(zhì)量控制與檢測(cè)等。地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)速度快、精度高、對(duì)結(jié)構(gòu)物無損壞，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在公路施工和養(yǎng)護(hù)工作中。

3 市政道路探地雷達(dá)無損檢測(cè)要點(diǎn)分析

3.1 天線中心頻率

天線中心頻率是使用探地雷達(dá)檢測(cè)的基礎(chǔ)，也是起到關(guān)鍵性作用的參數(shù)，直接關(guān)系到探測(cè)深度和標(biāo)體分辨率。為了提高對(duì)市政道路檢測(cè)的精度，在檢測(cè)過程中可以采用懸掛多條天線的探地雷達(dá)，使用不同的天線中心頻率同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，確定最佳頻率。在進(jìn)行天線中心頻率選擇時(shí)，通常應(yīng)遵循以下原則：在探測(cè)深度滿足要求的前提下，應(yīng)優(yōu)先選用頻率最高的高頻天線，并對(duì)天線尺寸進(jìn)行充分考慮，確保其符合施工場(chǎng)地的要求。所選用的天線頻率越高，探測(cè)深度越大，探測(cè)分辨率越小。通常市政道路路表以下5 m～7 m深度范圍內(nèi)最容易出現(xiàn)空洞、富水帶等異常情況，可以通過探地雷達(dá)檢測(cè)確定。通過對(duì)市政道路檢測(cè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，探測(cè)深度在5 m時(shí)，探地雷達(dá)的天線中心頻率應(yīng)控制在100 MHz左右。

3.2 測(cè)線布設(shè)

在使用探地雷達(dá)進(jìn)行市政道路無損檢測(cè)時(shí)，必須做好測(cè)線布設(shè)，準(zhǔn)確確定測(cè)線方位，以保證路基路面結(jié)構(gòu)的檢測(cè)精度。工作人員應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，采用剖面法進(jìn)行檢測(cè)。正式檢測(cè)前首先選取天線頻率，可采用多個(gè)天線組合使用，組成屏蔽天線組合對(duì)市政道路進(jìn)行檢測(cè)。如分別選擇頻率為100 MHz,200 MHz和400 MHz三種天線，輻射時(shí)間寬度依次為10 ns,5 ns和2.5 ns，依次遞減，與之相對(duì)應(yīng)的向下輻射的距離為1.0 m,0.5 m和0.25 m。探地雷達(dá)檢測(cè)應(yīng)根據(jù)市政道路的復(fù)雜性和密集性，必要時(shí)加密測(cè)線間距。

3.3 測(cè)線定位

通過探地雷達(dá)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得到施工現(xiàn)場(chǎng)的雷達(dá)檢測(cè)圖像，并將圖像按照1∶ 1的比例還原到市政道路上，必須做好測(cè)線定位。現(xiàn)階段，準(zhǔn)確進(jìn)行測(cè)線定位的方法主要有以下兩個(gè)方面：通過全站儀對(duì)每條測(cè)線的起點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，并將市政道路上的比較重要的井蓋的坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量定位。使用GPS對(duì)測(cè)量天線通過的每一個(gè)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，并通過地形圖呈現(xiàn)出一條完整的路線。但是對(duì)一些有高層建筑遮擋的區(qū)域，GPS的信號(hào)質(zhì)量會(huì)受到影響，也會(huì)影響測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的準(zhǔn)確率。所以，通常采用全站儀進(jìn)行測(cè)線定位。

3.4 測(cè)試速率

采用探地雷達(dá)對(duì)市政道路進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，天線的移動(dòng)速度會(huì)直接影響探地雷達(dá)的檢測(cè)精度，天線的移動(dòng)速度較快，探地雷達(dá)會(huì)出現(xiàn)信號(hào)丟失的情況，但如果天線的移動(dòng)速度較慢，雖然會(huì)保證信號(hào)質(zhì)量，但會(huì)降低工作效率。因此，天線的移動(dòng)速度直接影響探地雷達(dá)的采樣率、掃描速率，直接影響檢測(cè)數(shù)據(jù)的精度和工作效率。當(dāng)探地雷達(dá)天線的掃描次數(shù)固定時(shí)，由于受到各種因素的影響，天線的移動(dòng)速度不宜超過10 km/h，以保證地質(zhì)雷達(dá)的信號(hào)接收質(zhì)量。

4 市政道路探地雷達(dá)檢測(cè)注意事項(xiàng)

與傳統(tǒng)的市政道路檢測(cè)技術(shù)相比，探地雷達(dá)無損檢設(shè)備攜帶方便、檢測(cè)效率高、精準(zhǔn)度高、不破壞道路結(jié)構(gòu)，在工程建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。雖然探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)具有很多技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，但在使用探地雷達(dá)進(jìn)行市政道路檢測(cè)時(shí)，由于所面對(duì)的環(huán)境比較復(fù)雜，會(huì)受到很多外來因素的影響，為了提高檢測(cè)精度，盡可能降低檢測(cè)數(shù)據(jù)的誤差，重點(diǎn)注意回波、路面介電參數(shù)、地面零點(diǎn)等參數(shù)，以達(dá)到提高檢測(cè)效率和精準(zhǔn)度的目的。

4.1 確定底界面的回波

在使用探地雷達(dá)進(jìn)行市政道路檢測(cè)前，首先通過提取界面同波信號(hào)源確定底界面的回波。現(xiàn)階段，由于受到技術(shù)水平的限制，還不能準(zhǔn)確區(qū)分路基界面與路面的反射波。檢測(cè)過程中會(huì)產(chǎn)生干擾波，這就要求必須能夠?qū)z測(cè)波與干擾波區(qū)分開，并采取一定的技術(shù)手段抑制或找到干擾波，但前提是要準(zhǔn)確確定底界面的回波信號(hào)。在檢測(cè)過程中，我們探測(cè)圖像上找到路面結(jié)構(gòu)中最厚的位置，并進(jìn)行對(duì)比分析。也可以通過對(duì)探測(cè)波形進(jìn)行分析來確定，或者通過鉆探的方法確定最厚位置。

4.2 確定電磁波的實(shí)際傳播時(shí)間

在準(zhǔn)確確定底界面回波時(shí)間以后，還需要準(zhǔn)確確定電磁波在市政道路結(jié)構(gòu)中的傳播時(shí)間。同時(shí)，為了準(zhǔn)確確定各個(gè)結(jié)構(gòu)層的厚度，必須對(duì)各結(jié)構(gòu)層的位置進(jìn)行判斷，以準(zhǔn)確確定路面各結(jié)構(gòu)層的厚度。

4.3 標(biāo)定路面的介電常數(shù)

為了提高檢測(cè)市政道路路面結(jié)構(gòu)層的厚度的精度，測(cè)定前首先進(jìn)行路面介電常數(shù)的標(biāo)定。路面介電常數(shù)會(huì)受到很多因素的影響，如路面組成材料、施工環(huán)境、施工工藝、路面結(jié)構(gòu)層的密實(shí)度等。另外，對(duì)不同的檢測(cè)點(diǎn)，介電常數(shù)也會(huì)存在一定的差別。在確定路面探測(cè)點(diǎn)后，必須做好標(biāo)定，鉆孔取樣做試驗(yàn)，保證檢測(cè)結(jié)果的精度。

5 結(jié)語

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，市政道路的規(guī)劃和建設(shè)必須能夠緊跟城市發(fā)展的需要，滿足日益增長(zhǎng)的交通運(yùn)輸需求。然而，近年來由于對(duì)市政道路施工質(zhì)量控制不當(dāng)，使用中出現(xiàn)了很多質(zhì)量問題，嚴(yán)重影響通車效率和通車安全。采用探地雷達(dá)可以有效提高市政道路路基路面結(jié)構(gòu)的檢測(cè)精度，但在施工過程中必須做好準(zhǔn)備工作，總結(jié)了無損檢測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)，并分析了施工注意事項(xiàng)，具有一定的實(shí)用意義。