半剛性瀝青混凝土路面雷達檢測技術檢測應用

張子珍

(山西交通建設監理咨詢集團有限公司，山西 太原 030006)

0 引 言

公路建設中，質量問題的發生率較高，即使質量性能完全符合要求，在長期的投入運用中，面臨著巨大的交通壓力，也會導致結構發生病害的問題。路面層下部的病害往往都是肉眼所觀察不到的，所以要選擇使用新方法與新技術，才能更好的提高公路病害的預防性養護水平，帶動我國公路領域的發展。

1 地質雷達的檢測原理

地質雷達與探空雷達的檢測原理是基本一致的，其主要是通過發射高頻電磁波的方式，以寬頻帶短脈沖的方法，在地面通過發射天線將信號發射到地下空間，在遇到地下介質或者介質分界的情況下，反射會發射器，并且通過專門接收的信息獲取，通過計算機記錄下來，系統整理獲取的信息后，形成雷達剖面圖。由于電磁波在介質內傳輸中，路徑、強度、波形都會發生變化，表現出不同的幾何形態。因此，通過系統分析電磁波的特點、傳播時間、幅度、頻率、波形等信息，整理相關的雷達圖像，以掌握公路的具體情況。雷達圖像剖面圖是經過脈沖反射波的方式實現的，其波形通過變面積的方法展現處理，也可以應用灰度或者彩色剖面的形式體現出來，再利用同相軸或者灰線、等色線的方式獲取反射面的情況。波形記錄圖內根據各個測點獲取的測線鉛錘方向得出波形，從而形成雷達剖面圖，讓人們快速的掌握公路損壞的具體情況。這種方法的檢測精度高、速度快，是一種無損檢測技術，可以記錄每一道雷達數據信息，最終可以形成雷達脈沖波與相應的反射波系數的卷積，再應用探地雷達記錄反射波到達的時間、波幅，分析地下介質的分部狀態，再通過雷達獲取相應的高分辨的較淺層內的探測，所以使用的范圍是很大的。

2 地質雷達技術在公路路面檢測的應用

(1)公路路面脫空檢測。在水泥混凝土板的基層與底基層結構中，透水性有著較高的要求，所以在基層結構透水性不合理的情況下，水極易通過接縫的部位進入到面層與基層中間，并且長期的積累存在，車輛荷載作用下會造成水壓力的形成，對于周邊的基層結構產生沖刷影響，而沖刷掉的細集料會隨著唧泥的作用逐步被帶走，長期沖刷作用而導致脫空區的形成。有些基層結構脫水性雖然比較好，但是粒料級配的設置不當，細集料容易被雨水沖刷掉，也會導致脫空區。脫空區的強度以及承載性能不足，在車輛碾壓的作用下，造成結構出現斷裂、破碎等問題，會出現兩條反射波，這樣就可以檢測出是否存在脫空的問題。在檢測的過程中，選擇已經發生損傷的路段，檢測后獲取的成像剖面內發現該區域損傷嚴重，且墊層與路床界面存在凹凸不平的問題，說明基層、墊層存在介質橫向上的情況，且損壞嚴重。通常來說，天線的頻率高低會影響探測的深度。經過相應數據的分析，如果天線頻率在2 GHz以上，則不能探測出脫空的問題，只有天線頻率下限為900 MHz時，地質雷達才能準確的探測脫空問題。因此，應用地質雷達可以實現脫空檢測，但是要將天線頻率設定在合理的范圍內。此外，雷達探測的深度會受到地下介質的影響，不同介質的反射度數也會有差異，電磁波的長短不同。如果相同介質條件，電磁波反射存在不同，這就使得脫空問題無法準確的檢測。

(2)路面厚度檢測。當前我國公路道路很多都是應用瀝青混凝土材料建設而成的，所以其厚度會給路面的質量產生影響。因此，瀝青路面結構厚度設計是核心工作。一般來說，道路結構包含路基、基層、面層等結構。一般來說，面層5～26 cm厚、基層10～30 cm厚，厚度數據根據工程的情況確定。當前我國的高等級公路項目中，改性瀝青或者水泥混凝土面層結構比較常見，應用有機結合料穩定碎石、水泥穩定碎石、石灰土等材料比較常見。各個層的材料有差異，雷達穿越不同介質時傳輸速度會不同，所以雷達會顯示各個層的分界線。地質雷達檢測原理是向地下發射脈沖的高頻電磁波，其在傳輸的環節遇到電性差異的目標體，比如路面結構的不同層，會形成反射、散射的現象，這樣接收后的信息，對接受到的反射波進行處理，按照反射波的波形、強度、時間等數據得出目標體的空間位置、結構以及電性等。因為檢測的結構是瀝青層，所以應用雷達探測出其瀝青結構厚度即可，而應用1 600 MHz的雷達天線可以提升檢測的精度和速度，促進整體檢測效果的提升。

(3)路面密度和壓實度檢測。在瀝青路面的運行中，厚度參數、壓實度性能等方面，都是直接影響工程質量控制以及養護管理方式的因素，所以必須要做好各個指標參數的探測以及獲取。路面雷達在檢測的過程中，并不會直接獲取密度、壓實度等相關的路面性能參數指標，但是通過分析介電常數的方式，即可通過掌握這些指標的改變，這樣就會引發介電常數的變化。結合混合介質的介電常數均方根模型，從而可以掌握相關的數據信息，為路面層結構的分析和控制提供基礎條件。在瀝青路面工程的設計管理中，混合料的油石比的穩定性較強，而新鋪設的結構含水量比較差。因此，在瀝青混合料的介電常數比較小的情況下，則可以得出密度小、空氣含量高的結論。路面雷達是目前應用瀝青混合料的介電常數、體積比、密度三者關系進行分析的，根據是否有異物存在可以確定壓實度參數。經過大量的實驗參數分析發現，路基壓實結構可以分為如下幾種層：不均勻層、密實層、不密實層。因為雷達系統可以檢測出雷達圖像的不均勻變化的情況，所以通過使用瑞雷波的方法即可確定不均勻異常區域范圍，瑞雷波的壓實度參數、波速值、承載力等，以得出瀝青路面的質量性能參數，對于判定瀝青路面的總體質量和效果產生直接的影響。

3 某高速公路應用雷達檢測技術的案例

3.1 工程案例

該項目選取其中一段50 m的路段進行分析，可見圖1所示，其上中下面層的厚度分別是5 cm、6 cm、6 cm。分析圖中的雷達檢測結果，發現在17 cm的周邊區域內的GPR信號增強，存在GPR軸向反射的情況，該位置的反射波比較長，所以確定該位置上連接存在不結實的情況。但是不能準確的判定上下層結合位置上的GPR反射的具體情況。因此，技術人員推測該位置出現離析的問題，并不能達到脫空的標準。

圖1 下面層離析典型雷達成果圖

經過對現場的鉆芯分析圖發現，下、中、上各個層結構的結合性比較好，同時承受外部交通作用力，但是在瀝青面層與基層結構交界的位置上存在碎裂的情況，所以說明以上GPR反射比較明顯，即可判定出瀝青層與基層存在離析的問題。

圖2 現場取芯

3.2 判斷準則

瀝青層與基層結構出現離析的問題是高速公路比較常見的，多數都是因為其存在比較小的碎粒或者粉狀物的形式，這些物質的吸水性比較長，吸收的水量較多，所以在GPR反射波型中的變化規律比較長，還會存在較大的斷裂性。

4 結 語

在半剛性瀝青路面的檢測中，應用雷達檢測技術，在現場檢測時存在不同的介質，內部檢測材料的復雜性較大，所以這就造成探低雷達檢測系統的操作比較繁瑣，受到人員經驗的影響，同時這一技術還有一定的缺陷，需要進一步研發和應用。本文從工程案例出發，分析探地雷達在瀝青路面典型病害的檢測作用，發現該技術可以快速的完成檢測，掌握本次案例高速公路項目存在離析的問題，為后續的運營和維護提供幫助。同時，經過總結案例經驗，分析GPR信號變化，獲取相關的信息，及時掌握公路工程的病害情況，加強病害位置的分析與判定，及時解決處理，滿足公路運行標準。總之，應用雷達檢測技術，快速發現半剛性瀝青混凝土路面的病害問題，為工程質量控制提供基礎。