地質雷達在公路工程檢測中的應用

車海清

地質雷達在公路工程檢測中的應用

車海清

通過地質雷達掃描這種技術應用到隧道檢測中，具有高分辨率、無損、快速的特點。其次，應用到公路厚度檢測中，可以準確的觀察某一路段中的路面厚度。對于路面厚度不達標的地方，及時發現并給與處理措施。本文通過對地質雷達的原理、特點、應用實例等進行分析說明，進一步說明地質雷達在隧道、公路檢測中的重要性。

一、地質雷達檢測原理

地質雷達可以簡稱為GPR，其工作原理為：以寬頻帶短脈沖的方式，通過發射天線發送器發送電磁波。發射出的電磁波到達目的地之后再傳回地面，由相應的雷達天線接收信號。接收到的信號再經過相應的圖像處理及解釋，從而達到對目標物體探測的目的。

對于地質而言，可以比作一個復雜的濾波器。進行地質雷達脈沖發送時，一般都要貼近地面。如果媒質中的任何一個電參數發生變化時，都會引起電磁波的后向散射。也就是說，電常數的不連續，很容易出現電磁波的反射。而電磁波對介質的檢測也是通過電磁波在經過不同介質時，會出現不同程度的變化。然后，根據接受的電磁波形狀、頻譜特性、時延等特點對介質進行內部結構分析。

為了增強地質雷達檢測的準確性，地質雷達必須具備相應的信噪比。其中，具體的要求有：第一、足夠的深度分辨率。第二、足夠的方位分辨率。在進行地質雷達檢測中使用的數據記錄有：一維、二維、三維數據集，而對于聲學術語來說又叫做：A掃描、B掃描、C掃描。

如果對接受天線接收到的幅度信號進行灰度級進行描述時，可以生成一個二維的圖像。其中，二維的圖像主要是針對地下介質中的垂直切面進行描述。如果接受到的B掃描，在平面上以一定的速度在X和Y軸移動時，會出現一種三維數據集。這種方式稱之為C掃描。

二、探地雷達的特點和優勢

地質雷達技術的逐漸廣泛應用，除了具備多種學科相結合的技術之外，還憑借自身的特點開拓了應用領域。其中，地質雷達技術在工程物探中應用最為廣泛。

1.高分辨率：對于地質雷達來說，其分辨率可以精確到幾厘米，以及工作的頻率可以達到5000MHZ。再加上計算機的準確分析，可以讓電磁波反射信號準確的描述目標介質的尺寸、幾何特性等。

2.無損性：地質雷達是一種新型的探測技術，代替了傳統的打鉆檢測方式。這種技術可以應用在城市路面以及施工之間檢測上。

3.高效性：通過地質雷達監測，對目標介質通過電磁波的方式進行檢測，方便簡單、效率高、減少勞動強度。

4.抗干擾能力強：地質雷達監測可以應用到各種環境中，且通過相應的野外檢測發現，在進行地下4緬層區域進行檢測時，可以有效降低成本，且準確性高，不易受外界因素的干擾。

三、探地雷達在工程物探中的應用實例

1.探地雷達在公路檢測中的應用實例

（1）工程概況

就某隧道工程為例，其隧道的全長為360米，隧道建設初期使用砌石石拱，由于之前隧道的進口處出現了一定的塌陷情況，所以對其進口處增加了50米鋼筋混凝土明洞。之后，又因為砌石拱出現漏水情況，又在隧道上鋪設了10CM的鋼筋混凝土防水層。這段時間，由于降雨量較大，造成隧道石砌拱漏水嚴重以及隧道內部結構發生變化。

（2） 檢測方案

在對此隧道進行檢測時，根據隧道的使用年限，再加上實際情況制定以下檢測方法：對隧道的頂部以及拱腰處進行三線掃描，由于這兩位置鋼筋分布密集以及墻體較厚，可以使用900MHZ的高分辨率地質雷達進行掃描；對于隧道兩側的墻體進行掃描時，可以使用兩線掃描。由于隧道墻體的地下深度較深，需要使用較大的深度探測。其中，可以選用400MHZ天線。

（3） 檢測結果

經過相應的檢測發現：隧道進口處的50米之內主要以鋼筋混凝土為主，其中厚度約在50CM之間，鋼筋之間的距離均為30CM，鋼筋混凝土存在一定的縫隙，但是并沒有出現嚴重的缺陷；隧道的50～340米之間，石砌隧道頂部以及拱腰兩側的平均厚度在35CM之間，防水層的厚度在15CM之間，防水層處的平均鋼筋間距為40～45CM之間，隧道頂部以及兩側拱腰部分出現嚴重的脫空情況；隧道兩側的墻體厚度約為50CM，兩側的防水層厚度為25M，墻背位置出現了積水情況；路面的平均厚度為75CM，且路面以下出現了積水的情況。

（4）治理建議

第一、由于隧道大面積出現脫空的情況，可以對隧道進行壓漿處理。其中，為了保證施工的安全性，可以對隧道進行支架保護。此外，在注漿時，可以先注入小石子或者是沙子，然后再進行水泥漿注入，這樣可以有效保證拱圈的受力均勻。第二、由于隧道路面的70CM以下出現積水的情況，應對該位置進行排水處理。其中進行排水處理時可能會破壞隧道的拱腳，所以應對拱腳位置進行加固處理之后再進行排水溝的修建，排水溝的鋪設應該保證在地面1米以下位置。

2.地質雷達在公路厚度檢測中的實例應用

（1）工程概況

就某一路面工程來說，這一路段是一級路白色路面，其中設計里程為K0+000-K29+925。這段公路的水泥混凝土厚度、水泥石灰穩定土厚度、基層水穩砂礫厚度分別為24CM、16CM、18CM。現在要改造成全封閉的雙向四車道公路，其路基寬度為23CM，設計時速為100km/ h，公路表面采用15CM的瀝青混凝土進行補強。

（2）檢測項目

檢測瀝青砼路面的結構厚度和雙向計58測線公里。

（3）野外檢測情況

對該路段進行檢測時，可以通過地質雷達對本次公路的雙向路段進行檢測。進行檢測時，每隔一米的距離進行采點，然后檢測的車速控制在20km/h，使用的空氣耦合天線的中心頻率為2.5GHZ。

（4）檢測數據的處理與分析

在通過室內計算機的方式對檢測數據分析的過程中，可以對路面的各個點的相對誤差、厚度值、合適是否、偏差等進行計算說明。數據檢測中可以按照兩種方式進行計算：第一、以每個單位點進行計算。第二、按照公路的平均段進行計算。在計算中，可以按照每10米為一個基準點，然后對每公里的100個點進行公路質量評定。其中計算公式如下：

式中：xL是厚度的代表；x是厚度的平均值；S為標準差；n為檢查數量；ta為t分布系數；

在進行檢測結果計算時，應該根據每公里為單位，對測量坐標和厚度進行函數圖表繪制。其中，在進行變化曲線繪制時，紅色虛線代表設計值、黑色細線代表公路厚度值。然后根據相應的變化曲線制作相應的表格。表格中對滿足設計誤差的數值前標注“是”，對于超過設計范圍的標注“否”；極值大于單點值合格時標注“是”，不合格時標注“否”。

（5）檢測結論

通過計算分析提出檢測結論如下:

a.檢測全線長28.612km。這一總路段實測厚度代表值的平均值為16.43CM，而這一路段反向總體實際測量厚度代表值為16.24CM。

b.正向路段K26+271-K27+299實際測量的最大代表值為20.03CM，而K26+681-K13+802實際測量的最小代表值為12.16cm 。

c.反向路段K7+110-K6+110實際測量的最大代表值為21.71cm而K18+588-K17+542實際測量的最小代表值為12.26cm 。

d.經過分析發現，滿足設計厚度14.2CM的路段占據整個總路段的89.03%，而低于該設計的厚度的路段占總路段的10.97%。

四、結語

通過先進技術的應用，可以有效提高工程的檢測質量。本文通過對地質雷達原理、優勢、應用實例進行說明的同時，進一步證明此技術在工程物探的重要性。

（作者單位：核工業二九0研究所）