公路地下界面探測雷達在公路質(zhì)檢工作中的應(yīng)用研究

牟 勇

（貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測中心有限責任公司，貴州貴陽 550001）

公路地下界面探測雷達在公路質(zhì)檢工作中的應(yīng)用研究

牟 勇

（貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測中心有限責任公司，貴州貴陽 550001）

針對公路地下界面探測雷達，結(jié)合實例，對LTD-R1探測雷達工作原理及其在公路質(zhì)檢過程中的具體應(yīng)用進行深入的分析，通過數(shù)據(jù)對比得出該質(zhì)檢方法切實可行、誤差低、可靠性高的結(jié)論。

探測雷達；公路質(zhì)檢；應(yīng)用

1 工程概況

十堰至天水國家高速公路甘肅段徽縣大石碑（陜甘界）至天水公路是國家高速公路網(wǎng)福州至銀川高速公路的橫向聯(lián)絡(luò)線的重要組成路段。本項目主線采用全立交、全封閉出入的四車道高速公路標準，設(shè)計時速80 km/h，整體式路基寬度24.5 m、分離式路基寬度12.25 m。將公路中某段線路作為主要研究對象，該線路全長15.263 km，由于沿線特殊性巖土發(fā)育，主要為松軟土，分布范圍大，會對公路的路基施工造成一定影響，且從整體上看，該段公路工程地質(zhì)條件一般，施工難度相對較大，所以為保證公路質(zhì)量，公路質(zhì)檢尤為重要，經(jīng)研究決定，本項目采用LTD-R1探測雷達開展公路質(zhì)檢工作。

2 公路地下界面探測雷達

本項目質(zhì)檢工作中選用的LTD-R1探測雷達是一種主要針對公路基層與面層出現(xiàn)的不同程度的破碎、松散、含水以及裂縫等病害實施連續(xù)無損檢測的機械設(shè)備，通過合理的應(yīng)用，該探測雷達可對實際存在的病害進行定位，并自動統(tǒng)計形成報表，根據(jù)探測雷達給出的結(jié)果，現(xiàn)場工作人員可以準確掌握公路病害的基本情況與形成原因，進而制定科學合理的養(yǎng)護與施工方案，為保證公路質(zhì)量打下堅實的基礎(chǔ)。

3 應(yīng)用方法與原理

公路探測雷達屬于無傷探測設(shè)備的一種，主要通過懸空集能天線，利用發(fā)射裝置將寬頻帶雷達波發(fā)射到地面，然后再通過接收裝置對反射信號進行收集，最后準確記錄反射信號，統(tǒng)一繪成圖像報表進行顯示，使工作人員更加直觀的了解公路地下界面的實際情況與存在的病害問題，為及時消除病害，保證公路質(zhì)量提供可靠依據(jù)。

當發(fā)射出脈沖以后，就會收集到相應(yīng)的反射訊號，這一過程稱之為時間系列或者是公路掃描記錄。隨探測雷達在路面上的不斷移動，會收集到大量的掃描記錄，脈沖發(fā)射的頻率通常保持在200次/s左右，將這些記錄進行集中和統(tǒng)計，即可形成一個十分詳細的透視圖像。

以面層厚度的計算為例，路面結(jié)構(gòu)層如圖1所示。向路面發(fā)射的脈沖振幅記為A。探測時，先在公路路面上鋪設(shè)一個金屬板，此時進行探測所得到的反射脈沖與發(fā)射時的基本一致，均記為A。然后，取走鋪設(shè)在路面上的金屬板，再對公路進行探測，此時設(shè)備收集到的反射訊號振幅記為A0，在得到以上兩組數(shù)據(jù)之后，可通過以下公式對實際的反射系數(shù)（R0）進行確定

式中：εr1代表被測公路面層所對應(yīng)的介電常數(shù)，可通過以下公式算出

根據(jù)以上公式可以推導出脈沖信號在公路面層中的實際傳播速度

式中：C代表光速，取3×108m/s，在求出這一傳播速度后，通過計算與統(tǒng)計得出在該速度下信號掃描整個面板所經(jīng)歷的總時間ΔT1，則可算出被測公路面層厚度

在得出第一個面層的厚度后，根據(jù)這樣的方式即可算出第二個面層的厚度，但此時的反射系數(shù)需要與損失系數(shù)相乘。損失系數(shù)（1-R02）代表從該層反射至地面的信號在透過上一個面層時的消耗，則有

據(jù)此可以得出

被測公路第二面層所對應(yīng)的介電常數(shù)為

根據(jù)以上公式可以推導出脈沖信號在公路第二面層中的實際傳播速度

式（8）中，C代表光速，取3×108m/s，在求出這一傳播速度后，通過計算與統(tǒng)計得出在該速度下信號掃描整個面板所經(jīng)歷的總時間ΔT2，則可算出被測公路面層厚度

4 公路地下界面探測雷達在公路質(zhì)檢中的實際應(yīng)用

質(zhì)檢線路全長15.263 km，主要檢測對象為瀝青面層，對其實施四次標定，具體標定結(jié)果如表1所示。

表1　公路瀝青路面質(zhì)檢標定結(jié)果

由表1可以看出，借助LTD-R1探測雷達得出的瀝青面層計算厚度與芯樣厚度幾乎相同，四組標號的平均誤差為1.92％，滿足公路質(zhì)檢要求，將1 km作為檢測單位，對全線路實施質(zhì)檢，質(zhì)檢結(jié)果如表2所示。

表2　全線瀝青面層厚度質(zhì)檢結(jié)果

由全線瀝青面層厚度質(zhì)檢結(jié)果中可以看出，正反雙向質(zhì)檢結(jié)論均接近于標準值（20），最大誤差不超過1.0，說明具有極高的準確性，基本可以真實反映出面層的實際情況。

5 施工注意事項

5.1設(shè)計調(diào)整

高等級公路的瀝青面層通常有2～3層，在實際情況中，基層厚度的容許誤差相對較大，所以中下兩層的厚度較不均勻，因此施工中應(yīng)對其進行準確檢測，可采取適度調(diào)整上層厚度的方式來滿足公路設(shè)計要求。

5.2優(yōu)化面層用料計算

為杜絕偷工減料現(xiàn)象的發(fā)生，需要對面層材料的實際用料進行準確計算，并規(guī)范保管以及取料等工作，進而為探測雷達質(zhì)檢提供可靠的基礎(chǔ)依據(jù)。

5.3加強面層厚度控制

傳統(tǒng)的鉆孔取芯檢測法存在很大的隨機性，使得施工單位有機可乘忽視了對面層厚度的管理和控制，為節(jié)約施工成本，提升自身利潤，面層的厚度往往較薄。然而，如果使用探測雷達取代傳統(tǒng)的鉆孔取芯檢測法，不僅檢測效率、準確度大幅提升，而且還具有連續(xù)性高密度檢測特點，可以間接起到督促施工單位嚴格控制面層厚度的作用，對于公路質(zhì)量的提升十分有利。

5.4無損檢測

除了具有較大的隨意性，鉆孔取芯勢必要對公路進行破壞，后期需要進行修補，費時費力。但探測雷達的應(yīng)用，不會對公路造成任何損壞，真正實現(xiàn)了無傷檢測。

［1］ 王加弟，林樂強.公路地下界面探測雷達在公路質(zhì)檢工作中的應(yīng)用［J］.遼寧省交通高等專科學校學報，2005，（3）：45-46.

［2］ 由廣明，劉學增，汪成兵.地質(zhì)雷達在公路隧道超前地質(zhì)預報中的應(yīng)用［J］.公路交通科技，2007，（8）：92 -95.

［3］ 趙建三，郭云開，唐平英，吳軍，彭鐵軍.探地雷達在公路路基質(zhì)量檢測中的應(yīng)用研究［J］.長沙交通學院學報，2003，（1）：25-30.

U416.1

C

1008-3383（2016）09-0030-02

2016-01-21

牟勇（1988-），男，重慶人，助理工程師，主要從事公路檢測工作。