探地雷達在公路工程檢測中的應用探究

寧寶騫

（廣西恒信工程質量檢測咨詢有限責任公司 廣西柳州 545000）

GPR是一種先進無損探測工具，當前已經推廣用在公路、機場、隧道等許多領域中，相較于原來的鉆孔取芯與室內試驗手段，采取GPR技術開展公路檢測，存在迅速、無損等優勢，針對普查路基質量情況、精準確定路基故障范圍，探究判斷病害成因及類型，特別是對路基深層問題與地質條件的探測性能，具備無法比擬的優點。

1 GPR組成分析

GPR系統的構成包含：配電電源、儀器主機、發射器、接收器、信號處置、結果呈現、收發天線、保存等部分。

（1）發射器。發射器實質上是依靠線路存儲能量，而且可以取得短期釋放，形成較強的脈沖和單周期雷達信號，經過分離器以后傳導到天線，利用天線將該電磁波傳導到路面系統。

（2）接收器。GPR接收器的關鍵是高速取樣線路，根本作用即獲取反射信號，也要擴大該種信號，然后將信號傳導到信號處理棄，高效處置所獲取的信號[2]。

（3）天線。天線可以完成電磁波信號發射和接收反射信號，公路GPR系統對應的天線包含以下兩類：空氣耦合型天線、地表耦合型天線。

（4）分離機。射頻發射時，于發射器和天線之間利用分離機完成聯結，且在短時發射處理完成后，分離機斷開發射器和天線間的聯結，再次聯結接收機和天線。分離機可以讓接收器輸入部件獲得保護，而且可以使輸入部件在發射器高能輸出的狀態下獲得維護。

（5）信號處理器及計算機。信號處理器的本質作用在于科學處置反射信號，計算機的功能在于完成信息和數據的采集、處理、保存、展示及探究。

2 GPR運行機制

電磁法實質上就是依靠地下巖土體導磁性和導電性的區別，檢測并研究由于電磁感應所引起的電磁場時空分布規則，從而處理工程地質問題相應的物探方法[2]。就GPR所采用的高頻電磁脈沖而言，通常工程勘探和檢測時的介質都是把位移電流視為重點的損耗介質。這一介質中，反射值和波速的決定性參數為介電常數。

其中：ε-相對介電常數；r-反射值；c-光速；表示速度；1是上介質；2是下介質。空氣、水相對介電常數為1.81。

在具體探測期間，介質波速、天線距離和信號返回時長已經明確，這以確定故障電性界面間距，然后還可以依靠波形故障區間的形態規格，分析探究主體的實際尺度。

3 公路檢測方面GPR技術的具體運用

3.1 路基檢測過程的運用

（1）路基不密實和高含水區。

一般情況下，路基不密實的成因在于公路建設早期壓實度不合格，或局域受到水體浸泡，從而引起嚴重的松軟現象，不密實區域內的路基土含水率和孔隙率相對于周圍密實區來說偏大，由于不密實周圍土與附近密實區域土間有較大的電性差別，在雷達波形圖上通常可以呈現出不密實地方邊緣界限的反射波同相軸產生明顯的錯動，而且分層不清楚，不密實區域波形的均勻性很好，依靠波速和時長可以獲得不密實深度和具體范圍，這樣就可以在路基不密實區域內和高含水區域內展開檢測。

（2）路基脫空。

檢測路基脫空時，脫空孔口會加強重復反射波，而且在很長時間內無法消散，而側向反射波很弱，所以局部獨立的性質比較明顯。

反射相位與入射波處在同向狀態下，而與路基層表面反射波相位處在相反狀態下，假設確定空洞上、下表面反射波相差的實際時長，就可以確定空洞的具體深度及范圍，這樣就可以有效實現檢測路基脫空情況的目標。

（3）路基下沉。路基下沉將令路基斷面產生變形和層位偏移情況。于雷達剖面上，路基下沉現象的顯示指同相軸已不處在同個水平線上，產生傾斜度，而路基下沉的實際程度可以通過傾斜深度及寬度表現出來。

（4）路基斷裂。由于地下裂紋、不均勻體將直接干擾電磁效應，從而造成雷達反射波波形產生畸變現象，而實際形成的情況與地下裂紋、不均勻體的范圍有直接聯系。路基內假設存在空洞裂紋等，在雷達上反映出呈低頻、大振幅特殊的不規則強反射波等等。

3.2 路面檢測過程的運用

3.2.1 基層問題檢測

（1）基層松散。基層產生局域松散情況時，與周圍比較均勻介質間將會產生一些材質方面的差別，假設雷達波直接穿過該松散地方，介電常數將會出現變化，從而顯示出波形比較紊亂的情況，相對于正常范圍的雷達圖像而言，層狀波形量很少，相對于空洞異常范圍的雷達圖像而言，反復反射波的數量很少。

（2）基層局域脫空。于雷達剖面上，基層局域脫空顯示出反復反射波的發育情況有問題，而且波形為弧形。

（3）基層碎化檢測。基層局域因為模式度均勻性不好、填筑密實性不好，而且因為超重負載的反復沖擊，而地面水和地下水也較多，由此引起了較大的損壞，呈現出反射波波形模糊，起伏程度較大。

3.2.2 面層施工質檢

（1）瀝青表層厚度。

瀝青表層結構厚度其實是根據電磁波于各交界面的反射時間和各個結構層內的傳遞速度獲取，反射市場可以依靠雷達信息的采集與統計工具智能獲得，波速一般利用鉆眼厚度標定和波幅獲得，由此可以獲得面層的具體厚度。

（2）瀝青表層壓實度和間隙率。

質量檢測環節，其實是根據雷達反射波波幅獲得瀝青路面復合介電常數，然后依靠該關系式可以了解具體壓實度，但是間隙率與壓實度屬于彼此緊密聯系的兩大指標，這樣就可以獲得間隙率。

（3）路面病害檢測。

①瀝青面層脫落。建設瀝青面層未脫落，UPR檢測時回波中波峰數量僅有兩個，一個的部位處在路面，另一個的部位處在瀝青面層與基層界面表面；假設出現脫落，回波中路面反射與基層、面層界面反射之間出現了波峰，數量為一個；假設脫離情況比較嚴重時，該波峰峰值提高，而且1GHz大氣耦合式喇叭天線對于脫落辨別形成一定的效果。

②路面結構層斷裂。依靠多層均勻層狀介質中垂直裂紋的雷達波響應性質反映出一簇頂點部位是裂紋鉛垂線表面內的雙曲線波組，包括一次散射波和二次散射波隨波，并且雙曲線頂點與各個介質分界面反射波產生同相軸相切情況，可以了解路面結構層斷裂的實際狀況。

③水泥混凝土面層脫空。假設路面積水未及時排出，會引起地面水滲透情況，從而面層與基層之間慢慢松散，有些會產生脫空情況[3]。根據反射值強度變化的狀況確定是否存在脫空層情況，然后根據反射值正負狀況，確定脫空層性質。通過規范的計算獲得，脫空層將造成反射值增改2~3倍，最后讓GPR更為精準的完成脫空檢測任務。

4 結束語

總之，GPR應用在養護和檢測過程，需要注意如下幾點內容：①裂紋延展與裂紋追蹤檢測，研究裂縫形成的原因，制定行之有效的養護計劃；②結構層內的病害問題辨別；③路面結構層厚度檢測、核驗，避免產生許多鉆芯采樣現象和故障，而且可以大幅度提高工作效率。