公路路基路面無損檢測技術研究

張爾明

(山西路橋集團試驗檢測中心有限公司，山西 太原 030000)

公路路基路面施工完成后，需對其進行檢測，為避免對完工的路基路面造成破壞，應優先考慮無損檢測。在公路工程領域，探地雷達憑借各方面優勢得到廣泛應用，成為路基路面無損檢測最常用也是最有效的方法。

1 工程概況

某高速公路C標段處在山嶺重丘區當中，存在很多陡坡和連續轉彎。近幾年，伴隨交通量不斷增加，特別是上坡段行車速度較為緩慢，而下坡段車輛剎車容易失控，導致事故發生率大幅上升，對道路的通行能力與行車安全都造成了很大影響。對此，專門為該標段設置了爬坡車道與避險車道。根據相關設計要求，爬坡車道路面結構由上到下依次為：面層采用AC-16C中粒式改性瀝青混凝土，厚度為5 cm；封層采用同步碎石封層；再生層采用瀝青冷再生料，厚度為28 cm；基層采用4.5%水穩碎石，厚度為20 cm；底基層采用3.5%水穩碎石，厚度為20 cm；路床采用砂礫石，厚度為80 cm。因公路路面采用的是層狀結構，路面上不同材料在介電性方面有很大差異，在這種情況下，對路基路面進行檢測時，可采用探地雷達。在正常情況下，基層結構雷達異常圖像，其同相軸或者是色譜圖一般呈近似水平線進行展布，不同結構層的信號強度大體相同，在圖像上沒有明顯的變化；但基層中不同界面卻有明顯負峰，其同相軸或者是色譜線條表現為平緩和近水平的狀態，以在地面接收的反射脈沖為依據，結合其反射時間與速度，能通過計算確定不同結構層的厚度。現圍繞該高速公路標段實際情況，對其路基路面的無損檢測做如下深入分析。

2 檢測技術概述

探地雷達系統主要由以下五個部分構成：其一，主機，即主控單元；其二，發射裝置；其三，發射天線；其四，接收裝置；其五，接收天線，在此基礎上還可配備定位裝置、電源和手推車。在以上幾個組成部分當中，發射與接收天線往往成對出現，其作用在于向地下持續發射雷達波，并接收完成反射后的雷達波。系統的主機實際上是一個數據采集系統，負責向發射裝置發送與接收各類控制命令，如開始和終止的時間、頻率、重復次數。發生裝置以主機發出的控制命令為依據向測區地下連續發射雷達波，并由接收裝置以控制命令為依據對數據信息進行采集，之后通過采樣與轉換，使反射信號變為數字信號，對其進行保存與顯示。

隨著公路工程無損檢測需求不斷擴大和探地雷達技術不斷發展，產生了很多不同類型的系統，目前在國際上有較大影響力的是由GSSI公式研發生產的SIR系列探地雷達。從當前的發展趨勢看，該系統主要具有下列特點。

(1)功能專業，可針對不同對象與目標來設計，有效解決某個方面存在的具體問題；

(2)小型化，借助DSP與液晶顯示面板可以有效減小設備體積與重量，為攜帶與野外作業提供方便。比如由GSSI公司研制生產的SIR-3000系列探地雷達以及由SSI公司研制生產的Noggin系列探地雷達，其主機已經十分輕便，僅采用單人即可實現走動測量；

(3)功能與通道越來越多，通過對多道及多陣列天線陸續開發及使用，可實現對三維數據的采集，以此提供更為豐富、真實和準確的地下信息。

3 數據采集和圖像處理

以工程現場實際情況為依據，對該標段中的某個爬坡車道采用探地雷達實施路基路面無損檢測，該段長度為1 370 m，在車道的中線進行測線的布置。探地雷達型號為TerraSIRch SIR-3000型，由GSSI公司生產，并配備地面耦合天線，其頻率采用400 mHz，采用測距模式，按照3 m的間隔距離打標，每50 ns記錄一次，總采樣點數量為512個，介電常數取4.0。

數據處理由RADAN完成，將檢測數據導出之后，需完成以下各方面處理環節：(1)水平刻度調整；(2)疊加、抽道和加密；(3)反射波信號具體位置的確定；(4)信號延時信息調整；(5)介電常數的設置與修改；(6)信號振幅增益調整；(7)水平相關分析；(8)雪花噪聲干擾的去除；(9)水平疊加；(10)背景去除與濾波。完成以上處理后，方可輸出成圖，同時要對成果予以解釋。

4 結果與分析

雷達檢測會受到材料自身性質存在的差異與磁場環境等因素的干擾和影響。對于雷達波而言，它屬于高頻電磁波，容易受到同一空間內其它類型電磁波的影響，對此，在實際檢測過程中需盡可能減小或避免電磁對波形造成的影響；公路路面是一個各向保持同性且均勻的水平層介質，通過鉆孔標定可以反推出不同介質對應的電磁波速，所得結果的誤差一般不超過3%～8%。路面材料自身含水量對其介電常數有很大的影響，這是因為水的介電常數可以達到80，而面層材料介電常數只有4～6，降雨后或路段較為潮濕時，將對最后的計算精度造成很大影響。因此，在現場檢測過程中應注意在晴朗的天氣條件下進行，且路段不能潮濕，盡可能保持干燥。

通過鉆孔標定可得測區內面層與再生層總厚為35.7 cm，根據雷達圖像，該部位反射波對應的雙程走時為11.9 ns，通過計算可以確定面層與再生層中電磁波速等于0.06 m/ns。結合施工單位提供的相關資料，該段公路的基層和底基層均采用水泥穩定碎石，其電磁波速的經驗值為0.08 m/ns，由此通過計算可以得出以下結果：

(1)面層+再生層厚度：最大、最小值分別為0.387 m和0.280 m，平均值為0.337 m，標準差為0.067 m；

(2)水泥穩定碎石基層厚度：最大、最小值分別為0.582 m和0.427 m，平均值為0.534 m，標準差為0.019 m；

(3)水泥穩定碎石底基層厚度：最大、最小值分別為0.835 m和0.611 m，平均值為0.730 m，標準差為0.032 m。

在此基礎上，通過交互式解釋能得出具體的檢測圖像、對比圖像和曲線圖。根據以上檢測結果可知，每個結構層的平均檢測結果都和相關設計要求相符，標準差的最大值不超過0.067 m，然而水泥穩定碎石底基層的檢測結果沒有滿足設計要求。考慮到鉆孔會對路面結構造成破壞，故在此次檢測過程中僅鉆取一個芯樣，以此對探地雷達對應的檢測結果進行標定。在這種實際情況下，探地雷達實際檢測結果的精度將存在一定程度的誤差。

5 結 語

綜上所述，探地雷達技術在路基路面的無損檢測過程中應用合理可行，可真實反映出路基路面結構層厚度，為質量檢驗與評價等工作提供可靠參考借鑒。然而，由于探地雷達檢測難免受到天氣與磁場等因素的影響，導致檢測結果精度變差，所以在實際的檢測與分析過程中，還應借助其它處理與分析軟件。目前，該工程路基路面無損檢測工作順利完成，所得檢測結果真實可靠，說明檢測中使用的方法合理可行，可為類似工程提供參考借鑒。