探地雷達在道路無損檢測技術中的應用

李周強

（1.湖南省地質礦產勘查開發局四0二隊，湖南 長沙 410014；2.湖南省勘測設計院，湖南 長沙 410014）

一、引言

隨著我國公路的快速發展，常規檢測手段已無法滿足道路養護的需要，以電磁波技術、計算機技術等高端技術為代表的新型檢測技術應運而生。其特點是不必通過檢測開挖就能得到道路內部結構的病害信息，針對其病害類型制定完善的養護措施。此外，雷達檢測技術能夠準確測定路面結構層的厚度，以此判定公路修筑厚度是否滿足設計施工要求。隨著技術的發展，探地雷達已經可實現三維探測，準確定位道路平面、橫斷面、縱斷面的信息，充分提高了道路檢測的準確性。

二、探地雷達基礎理論

（一）電磁波理論

探地雷達技術能通過向探測物體發射電磁波后，根據電磁波的振幅、頻率和波相等傳播特點來反映物體內部的實際情況。而電磁波的傳播特點與材料的介電特性密切相關，被探測物體的介電常數數值的不同會導致雷達天線回收得到的電磁波特性不同。

（二）道路材料的介電特性

探地雷達技術的應用基礎是道路材料不同的介電特性，只有掌握材料的介電特性才能準確分析電磁波的傳播特性。不同介質的介電特性主要是根據介電常數、磁導率和電導率來判斷，由于大部分材料的磁導率為1，因此分析介電特性時，主要是分析電導率和介電常數。

（三）電磁波傳遞特性

介電常數和電導率決定了電磁波的傳遞特性，從介電常數的角度分析，當被探測物體的介電常數數值越大時，如濕黏土，介電常數數值高達6～15，會導致電磁波在濕黏土內部傳播較慢，同時在物體內介質會吸收接收到的電磁波。反之，當探測物體的介電常數越小時，（例如干沙巖，會導致其內部的電磁波傳播速度較快）被介質吸收的電磁波越少。

當電導率較大時，電磁波穿過介質時的能量將會快速衰減，檢測深度或厚度會受到限制。當電導率較小時，能量衰減慢，電磁波則能夠獲得較大的檢測深度和厚度。

三、工程實踐

（一）工程概況

某公路工程全長65.24km，路面結構為水泥穩定碎石上加鋪瀝青混凝土。由于道路K10+500～K12+800、K14+300～K16+500、K21+200～K23+300等樁號出現多出沉陷，為了檢驗道路內部是否出現脫空現象，擬采用三維探地雷達技術檢測其病害。

（二）工程材料

1.瀝青

為確定路面各材料的性能，檢測合同路段的瀝青原材料結果如表1所示。

2.集料

合同路段集料產自福建省，根據查詢的設計文件，確定級配設計滿足要求，集料試驗結果如表2、表3所示。

（三）檢測方案

本次雷達檢測主要是道路沉陷較多路段，針對K 10+50～K 12+800、K 14+300～K 16+500 及K21+200～K23+300左右兩幅的全路段實施檢測，同時為了保證檢測結果的準確性，先采用FWD復核雷達結果后再采用傳統鉆芯取樣方法完成實地鉆芯驗證，對于檢測出的脫空、空洞等較為嚴重的病害及時上報甲方進行開挖驗證和修復處理。

表1.改性瀝青性能檢測結果

表2.粗集料性能評價試驗結果

表3.細集料性能評價試驗結果

（四）雷達檢測

針對K10+500～K12+800、K14+300～K16+500、K21+200～K23+300路段的檢測結果，共計發現病害6處，其中空洞1處，脫空5處。通過針對K14+300～K16+500路段出現空洞情況的原因分析，發現主要是該地區附近地下水管破裂滲水導致土壤松散，同時由于當地降水十分頻繁，導致路基基層沖刷嚴重，集料嚴重流失。

（五）FWD檢測

根據檢測結果可知，K15+323～K15+325路段檢測結果存在偏差，為了準確判斷病害種類，落錘式彎沉儀檢測結果如表4所示。

表4.落錘式彎沉儀檢測結果

（六）鉆芯檢測

針對K15+323～K15+325路段鉆芯取樣，兩處鉆芯取樣檢測結果均符合雷達檢測結果。通過分析落錘式彎沉儀檢測結果發現，結果存在的誤差可能是因為檢測點位的偏移，而探地雷達的全幅檢測特性，能保證探地雷達技術在道路工程中具有更高的準確性。

四、結語

本文主要研究了探地雷達在道路無損檢測技術中的應用，針對探地雷達基礎理論中的電磁波理論、道路材料介電特性和電磁波傳遞特性作了簡要說明，同時結合具體工程實例，對比了探地雷達和落錘式彎沉儀檢測技術。結果表明，探地雷達檢測技術是一種更加可靠的新型檢測技術。