透地雷達技術在公路質量隱患中的應用研究

邢慶祝　鐘梁任　衛波

摘要：本文通過工程實例，就透地雷達在路面脫空和路基不密實病害方面的探測應用進行了分析，對異常信號的識別作了重點研究。研究結果豐富了透地雷達技術在公路質量隱患探測中的應用，同時對透地雷達異常信號的解釋識別具有較大意義。

關鍵詞：路面脫空；路基病害；透地雷達；異常信號

1.前言

路面脫空、基層破損、路基不密實及濕軟等路基病害問題是公路使用過程中的常見問題，嚴重影響到行車舒適性和運輸效益，甚至威脅到行車安全。應用快速、有效的方法檢測道路結構狀況，提前探測路面脫空、基層破損、路基不密實及濕軟等隱患，為公路的維護檢修提供有力依據，對提供道路使用品質、延長使用壽命等方面具有重要意義。透地雷達技術因其分辨率高，測試速度快、無損、成本低等特點，被應用于工程建設的多個領域。20世紀70年代，透地雷達技術在公路及鐵路探測上得到應用。

2.透地雷達探測公路質量的原理與工作方法

透地雷達探測是一種以被探測體內部不同介質的介電常數差異為基礎的物探方法。它通過發射天線向被探測體內部發射高頻電磁波脈沖，通過接收天線接收由此脈沖遇到介質的介電常數變化界面時產生的反射波，根據反射波進行信號分析。公路由于路面層、基層及墊層由不同材料組成，因此路面層與基層及基層與墊層之間存在著較明顯的介電常數差異，當出現脫空后由于空隙的存在，使得脫空處與路面層及基層之間也具有明顯的介電常數差異，當路基內的物質疏松、存在空洞時與周圍密實物質之間也有明顯的介電常數差異，這些均滿足透地雷達探測的地球物理前提。

在公路路面面層厚度、面層質量及面層底部脫空情況探測中通常選用900MHz和1000MHz主頻的天線，探測深度可達0.7m以內和0.5m以內；探測面層以下潛在病害的多采用400MHz和100MHz的主頻天線，探測深度可達3.0m以內和8.0m以內。

3.實例分析

廣州市某高速公路，原路面為水泥砼路面，設計砼路面層厚度為25em和30em（因路段而異）。因車輛長期通行，已有部分路段的路面出現裂縫、下陷等破損現象，說明路面層以下存在不同程度的脫空。為查明路面層以下存在的脫空情況，使用美國GSSI公司生產的SIR20型透地雷達系統和900MHz主頻的天線對出現路面裂縫的路段進行了探測。

中山市某城市道路，截污干管頂管后局部出現路面下沉、塌陷，為查明頂管路段管線中線附近區域行車道范圍內路面以下因頂管施工造成的路基病害問題，選用100MHz主頻的天線對其進行了探測。

3.1混凝土路面脫空信號分析

透地雷達信號經專業軟件處理后，采用鉆芯法進行混凝土路面脫空異常信號的標定，經過多次對比驗證，根據采集信號及鉆芯驗證結果，將路面脫空信號分為三種類型進行解釋：

Ⅰ類一輕微脫空，豎向脫空高度≤0.Scm，對應的雷達反射信號稍強（與周圍信號比較），同相軸略呈弧狀，如圖1所示。

Ⅱ類一中等脫空，豎向脫空高度0.Sm～1.0cm，對應的雷達反射信號較強（與周圍信號比較），同相軸明顯錯斷，呈弧狀彎曲，如圖1所示。

Ⅲ類一嚴重脫空，豎向脫空高度>1.0cm，對應的雷達反射信號很強（與周圍信號比較），同相軸明顯錯斷，呈弧狀彎曲，反射頻率低，如圖1所示。

3.2路基病害隱患信號的分析

路基病害隱患異常信號的標定驗采用輕便觸探法進行，經過多次對比驗證，根據采集信號及輕便觸探驗證結果，將路基病害隱患信號分為三種類型進行解釋：

Ⅰ類一輕微疏松，輕便觸探擊數15擊～20擊（每下降30cm，下同），對應的雷達反射信號振幅強度基本一致，反射波同相軸連續并且比較穩定，如圖2。

Ⅱ類一中等疏松，輕便觸探擊數10擊～15擊，對應的雷達反射信號較強（與周圍信號比較），同相軸明顯錯斷，呈弧狀彎曲，如圖2。

Ⅲ類—嚴重疏松或空洞區域，輕便觸探擊數10擊以下，對應的雷達反射信號相對強振幅、同相軸發生畸變而局部雜亂，當出現空洞區域時，將呈現強振幅弧形彎曲，如圖2。

4.結論

透地雷達技術探測公路質量隱患，具有分辨率高，測試速度快的優勢，屬于無損探測。通過對實測資料的處理、分析，對于混凝土路面脫空信號，經過鉆芯法對各異常信號的標定驗證，可按豎向脫空高度≤0.Scm的輕微脫空、0.Scm<豎向脫空高度0.Scm～1.0cm的中等脫空和豎向脫空高度>1.0cm的嚴重脫空三種類型進行解釋識別；對于路基病害隱患信號，經過輕便觸探驗證，可按輕便觸探擊數15擊～20擊的輕微疏松、擊數10擊～15擊的中等疏松和擊數10擊以下的嚴重疏松或空洞區域三種類型進行解釋識別。