三維探地雷達在舊路檢測中多元化分析與評價

張晨 余航

關鍵詞 三維雷達檢測;隱性病害;多元化;評價

中圖分類號 F426.92;TN959 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）04-0096-04

0 引言

隨著公路路網的成型，新建項目日漸減少，為滿足社會發展的需要，公路改建、擴建正在如火如荼進行，但舊路經過長期服役，加上運營單位養護水平、費用的不同，路面內部結構會出現不同程度的病害。然而，當前公路狀態評估指標均基于路表顯性病害，不能反映路面結構內部的隱性病害，對于使用時間較長的高速公路而言，隱性病害應該引起更大的關注。如何針對舊路路面結構內部病害進行精確檢測，是關系到既有道路合理評價的重大問題之一[1-3]。探地雷達作為一種無損檢測設備，能夠真實反映道路內部情況，并具有非破壞性、速度快、精度高、攜帶方便、低交通影響等特點[4]。該文結合工程實例，對三維探地雷達在舊路檢測中進行多元化分析與評價。

1 三維探地雷達檢測原理

三維探地雷達是集現代電子技術、信息技術與電磁技術為一體的檢測系統，可對道路實施快速全斷面掃描。其探測深度可達6 m，具有檢測效率高、深度大、覆蓋寬、無破損路面等優勢，可實現對路面各結構層厚度、介電常數以及結構損傷的探測[5-6]。

當接收天線發生移動時，即可接收到連續的探地雷達反射波，將接收到的信號加以分析處理就可以形成沿天線移動方向切面的雷達分析圖像（二維），將縱向、橫向、平面三向數據經過專業程序的后期處理，可以形成清晰直觀的高分辨率三維雷達圖像，真實直觀反映路面內部狀況[7-8]。

2 工程應用實例

2.1 工程概況

該文依托工程為京港澳高速公路廣州至深圳段改擴建工程既有道路檢測評估項目，廣深高速于1997年7月1日正式通車運營，距今服役25年，主線為雙向6車道，設計速度120 km/h，路基寬度33.1 m，既有交通量已超過12.3萬pcu/日，局部為五級服務水平[3]。經過勘察，路表無明顯病害，偶見車轍縱縫與半剛性路面反射型橫縫，但從完好處位置鉆芯發現有路面內部結構松散情況。故采用三維探地雷達對廣深高速內部病害進行了檢測，并通過鉆芯驗證了探地雷達的精度，并結合其他檢測指標多元化分析與評價[4]。

2.2 檢測結果統計

根據路面內部病害特征信號的樁號、層位、面積、體積以及寬度等推算病害相關信息，得到的路面內部破損狀況調查成果包括路面內部沉陷位置、最大高程差及面積，一般橫向裂縫位置及長度，縱向裂縫位置長度，脫空區域位置及脫空面積，貫穿裂縫位置及長度[6]。病害位置包括病害所屬段落及所處層位兩個信息，檢測結果如表1所示。

為了解探地雷達圖像能否較為準確地識別出路面內部病害狀況，選擇在裂縫和松散的位置進行鉆芯驗證，如圖1所示。

從芯樣裂縫和松散的狀態可知其與圖像基本一致，兩處雷達圖像能夠較為準確地反映路面內部病害狀況。

3 結果分析及處治建議

病害的出現不會是單一現象，是各種因素綜合的結果。將重點病害劃分段落后，交叉比對彎沉值、反算模量、鉆芯取樣、室內試驗、地質條件、養護歷史幾個方面數據，分析病害機理及提出處治建議。

3.1 結果分析

3.1.1 病害與路表彎沉

右幅病害處（瀝青層+水穩層）的彎沉值比全線要小，左幅病害處的彎沉比全線大1～4.4（0.01 mm），分析原因主要與樣本段落有關，由于右幅病害相對于左幅較少，導致線性關系不明顯，且右幅僅為9個樣本段落，左幅為44個樣本段落，或中心彎沉檢測部位與內部缺陷實際位置有相對誤差，典型病害段與全線路表彎沉值對比見表2、圖2。

3.1.2 病害與地質條件

瀝青層縱向裂縫（長度大于10 m）位于填方路段共2處，挖方路段共4處，半填半挖共1處;水穩層縱向裂縫（長度大于10 m）位于填方路段共9處，挖方路段共8處，半填半挖共5處;所有縱向裂縫（長度大于10 m）位于填方路段共11處，挖方路段共12處，半填半挖共6處。根據縱向裂縫分布情況，檢測區域內縱向裂縫并無明顯分布規律，且分布區域均為非軟基路段。通過趨勢性分析，縱向裂縫長度與填挖方深度無明顯線性關系。

瀝青層裂縫率>10 m/100 m2的區域位于填方路段共4處，挖方路段共1處，半填半挖共0處;水穩層裂縫率>10 m/100 m2的區域位于填方路段共6處，挖方路段共12處，半填半挖共2處。土基類型對水穩層影響最為直接，根據水穩層裂縫率統計情況，檢測區域內挖方路段水穩層裂縫率>10 m/100 m2的區域較多，填方路段相對較少。裂縫率>10 m/100 m2的區域均為非軟基路段。

可見病害分布較均勻，且檢測范圍不含軟基段，裂縫與填挖方深度無明顯線性關系[7]。

3.1.3 病害與養護歷史

總計53個病害段落，其中12個段落進行過銑刨重鋪處理，占比22.6%，距離最遠養護時間為2010年，最近養護時間為2015年，多為瀝青層處治并未涉及水穩層，12個段落中11個為水穩層損壞，占比91.6%。可見未養護過或養護深度不夠路段病害顯著。

3.1.4 病害與結構層模量

路面內部缺陷發生在瀝青層位樣本為9個，水穩層位樣本為44個。瀝青層位病害處模量較非病害處模量變化較小，異常點位1處（反算彎沉盆模量異常，或由于結構損壞原因），模量差值比在22%;水穩層位變化較大，異常點位22處，病害處較非病害處模量差值比達44%～62%，因為瀝青層位常年進行養護處理，病害較少，而水穩層位年久失修，強度早已衰減，相對病害較多，典型病害段與非病害處模量對比見表3、圖3。

3.1.5 芯樣與結構層模量

共計鉆芯數量40個，瀝青面層病害4個（非表面病害，為鉆芯后發現芯樣內部開裂），上基層病害4處，下基層病害5處，底基層（水穩層）病害或由于病害導致未取出16處，瀝青面層病害處模量為3 256 MPa，低于平均水平19%（平均水平為4 019 MPa），底基層病害處（水穩層）模量為517 MPa，低于平均水平67%（平均水平為1 567 MPa）。

3.2 病害發生機理

3.2.1 自然因素

（1）水泥膠結材料導致干縮、溫縮裂縫，從而造成反射（水穩無側限強度高）。

（2）溫度梯度導致的應力集中造成開裂。

（3）層間粘結差（完好處芯樣工點發現內部破壞）。

（4）水環境影響。

3.2.2 人為因素

（1）交通量大（廣深為四級服務水平，局部為五級）。

（2）養護深度不到位（2007—2019年40%段落經過銑刨重鋪，但未處理水穩結構層，這是水穩層病害高于瀝青層的原因之一）。

3.3 處治建議

3.3.1 脫空、松散、沉降

上行行車道3，2處脫空面積超過1 m2，下行脫空主

3.3.2 縱縫

長度>10 m的縱向裂縫，采用銑刨重鋪的方式進行處治，若路基出現沉降應進行注漿補強。

3.3.3 裂縫率>10 m/100 m2

裂縫率嚴重路段根據實際情況銑刨1至2層，對基層進行注漿處治后，還原面層至原路面標高。

4 結束語

該文對三維探地雷達的工作原理進行了介紹，根據檢測的結果，通過鉆芯驗證了探地雷達檢測路面結構內部病害的精度，并對重點病害段落劃分后，與彎沉值、反算模量、鉆芯取樣、室內試驗、地質條件、養護歷史數據進行多方面比對，分析了病害機理及提出處治建議，為探地雷達無損檢測技術的應用與評價提供了借鑒意義。

參考文獻

[1]李軍. 探地雷達在公路改擴建工程檢測中的應用[J]. 科技和產業， 2021（8）： 295-300.

[2]王倩. 三維雷達在市政道路檢測中的應用[J]. 青海交通科技， 2021（4）： 61-66.

[3]甘暖其. 高速公路瀝青路面介電常數多維計算方法分析[J]. 交通世界， 2021（20）： 98-99.

[4]魏克森， 陳凱， 韓文揚， 等. 基于三維探地雷達技術的路面病害分析和控制對策[J]. 黑龍江交通科技， 2021（4）： 1-3.

[5]羅傳熙， 張肖寧， 虞將苗， 等. 基于三維探地雷達對瀝青路面厚度檢測影響因素分析[J]. 公路， 2021（1）： 95-99.

[6]王釗棟， 彭勇均， 熊春龍. 三維探地雷達在路面內部病害檢測中的應用[J]. 黑龍江交通科技， 2020（12）： 3-5.

[7]鄭志龍. 三維雷達在路面基層檢測中的應用[J]. 內蒙古公路與運輸， 2020（5）： 60-62.

[8]馬偉中， 甘肅省高速公路三維雷達檢測技術研究. 甘肅省， 甘肅恒石公路檢測科技有限公司， 2020-08-28.

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