地質雷達在公路質量檢測領域中的應用分析

羅強、朱悅生

（江西省路港檢測中心有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

在公路等建設工程項目質量檢測工作中，通過應用地質雷達進行檢測能夠判斷地下介質的分布狀況。在對公路工程實施質量檢測的過程中，可利用懸空集能天線向公路地下處發出寬頻帶尖脈沖雷達波，然后再利用另外的天線來接收各種數據，并對收集到的數據信息進行記錄，由此可以建立起掃描記錄。利用天線在不同位置進行移動接收信號，就能夠建立相對完善的地下透視圖像，為公路工程項目建設質量檢測提供便利。

1 地質雷達應用技術的工作原理分析

在當前階段的公路質量檢測過程中，使用地質雷達來對地質實施檢測是較為普遍的方法之一。地質雷達通過發射高頻電磁波進行檢測并獲取有關資料數據，對地下介質的分布狀態進行研究分析，其技術應用的優勢相對較大，不但準確程度高，而且具有一定的無損性能。地質雷達的基本組成主要包含雷達主機、無線系統模塊、控制系統模塊以及電源系統等。在進行檢測的過程中，不同的模塊能夠發揮出不同的功能和技術優勢。地質雷達的控制系統主要包括計算機控制器，而供電裝置則主要包括發射和接入的設備[1]。

計算機控制系統在進行測量工作中，需要完成大量的信號模擬，并把模擬好的信號傳遞到計算機系統上，由此來完成信息的傳遞與記錄。無線系統模塊則是要對虛擬的所有信號進行交互與傳遞，有效保證信息在傳送階段的暢通無阻。地質雷達的具體工作原理如圖1 所示。

圖1 地質雷達的工作原理和探測方法

使用地質雷達開展公路質量檢測過程中，能夠在項目施工建設前后對施工現場的地貌狀況和水文地質環境等開展全方位、全范圍的測量工作，從而確保最終測量成果的正確性，與傳統形式的地質勘測技術相較而言有著先天優勢。在實際應用作業中，改變了傳統勘測作業時鉆探的模式，這對于資源優化配置、增加地質變化系數具有至關重要的意義。與此同時，應用地質雷達進行勘測能夠行之有效地降低工程事故發生的風險。利用地質雷達技術可以有效了解施工部位的地質狀況，盡可能地規避地質災害的發生，在對隧道工程的斷層、溶洞等現象進行收集研究后，根據檢測的位置實際情況和范圍大小進行測量。可以檢測出隧道施工的斷面是否具有裂隙，一旦隧道工程斷層中存在裂隙則需要對其進行填充作業，為探測基本地質情況提供物質基礎。

2 在公路工程項目質量檢測中地質雷達的實際應用分析

2.1 對建設公路的路面厚度進行檢測

在對公路路面厚度進行檢測時應用地質雷達勘測技術較為常見。在傳統檢測技術應用中，以挖坑和鉆芯法的應用為主，但應用這兩種檢測方法時其盲目性較高，還存在一定的能源耗費現象，檢測過程還會對路面結構造成一定的破壞。一旦檢測的公路周邊環境較為復雜，公路交通運輸量較大，也會對實際測量技術應用增加一定的使用困難。所以，在對路面工程的路基厚度檢測時，應用地質雷達技術就可以有效規避這類問題，從而提高對于地質雷達技術檢測的應用程度，通過短脈沖的方法來對路基材料進行實時性檢測，使雷達識別軟件自動性地分辨結構層的邊界，以得到雷達技術波在各層的雙程走時。而根據雙程走時和電磁波在不同路基材料中的傳遞速度，能夠獲取檢測圖像，基于此計算出工程路面的實際厚度。在實際檢測作業過程中，要按照所測試的路基標稱厚度數值選用合適頻率的雷達天線，以減少檢測結果的外界干擾影響。對水泥混凝土和瀝青混凝土路基的檢測作業中，應合理地選擇對雷達信號進行傳輸的速率，并盡量地保證檢測的最大誤差值范圍在1cm之內。

在對公路工程項目路面檢測作業時要注意一定的工作技巧和方法。首先，要根據路面的類型和待檢測的路面精度相關標準來針對性地選擇地質雷達，其主要形式分為以下幾個方面：

第一，待檢測的路面結構類型為瀝青混凝土路面時，要選用中心頻率在2500MHz 的雷達天線。這種雷達天線具備分辨率較高、精度較大且發射頻率高的優勢，應用此類地質雷達天線進行路面厚度檢測時，其誤差值范圍能夠控制在相對合理的范疇之內。值得注意的是，這種地質雷達天線也存在一定的不足之處，其能量較低、能耗較大，所以只能穿透厚度在30cm 左右的路面結構層。此類地質雷達天線的主要用途是對瀝青混凝土的各個結構層厚度進行分析，雷達天線基本為懸掛式樣，一般情況下主要懸掛在小型汽車的尾部，應用此類地質雷達的檢測速度和理論上的檢測速度有著一定的差異。理論上這種地質雷達的探測速度基本上可以做到90km/h，但是因為探測所接受的外界干擾因子不同，在現場完成探測任務的檢測速率只能達到30km/h 左右[2]。

第二，當待測的公路結構是水泥混凝土時，所采用的地質雷達天線的工作頻段通常是500MHz。此類地質雷達通常為拖地式樣的雷達，雷達的發射器和接收器合并在一起。這種地質雷達發能較大、介質中能耗相對較小且抗干擾的能力較強，故此這種地質雷達的穿透性較強，基本上能夠穿透150cm 左右的介質層，穿透程度較強就意味著存在一定的不足之處，這種不足之處主要體現在精度差異上，其精確程度和懸掛式樣的地質雷達相較而言較差。公路結構層及拱涵雷達檢測具體分析如表1 所示。

表1 公路結構層及拱涵雷達檢測表

其次，相對于傳統形式的路面結構檢測方式而言，應用地質雷達來進行路面結構厚度檢測作業時，其取樣密度較高。除此之外，對于一些極特殊情況的疑難路段還能夠增加加密取樣的方式，借助于這兩種取樣方式能夠行之有效地保障取得的資料數據信息滿足取樣密度和精度上的要求，這無疑為后續的公路工程項目路面工程質量的檢測工作提供了巨大便利。

最后，應用地質雷達來對公路路面結構進行檢測，不僅能夠有效規避傳統檢測方式帶來的弊端，真正意義上達成無損檢測，同時還能夠有效減少人工成本，杜絕物力資源應用上存在的浪費現象，提升公路工程項目質量檢測的工作效率，也減少了工程項目質量檢測的耗用時間，在保障不影響公路運輸功能的基礎上實現對公路路面的無損檢測[3]。

2.2 對建設公路的病害類型進行檢測

在對公路的病害進行質量檢測時，需要結合公路周邊的自然環境以及車流量壓力進行。在公路工程項目完工交付使用之后，公路的路基部分在時間作用下會發生一定程度的沉降，在時間的作用下形成路面空洞，這就在一定程度上影響了公路行車的安全，增加了交通事故發生的概率，同時還在一定程度上制約了我國公路事業發展的穩定性。故此，在對公路病害的檢測作業過程中，要充分利用地質雷達的檢測記錄功能優勢，對公路路面和路基的平面布置進行充分了解和掌握，甚至可以針對某段公路區域形成剖面圖，可以初步判斷公路的損害程度以及發生損害的區域范圍，為后續公路養護工作和修補作業提供數據支撐。在進行檢測的過程中，可以將數據信息傳遞到計算機控制系統中，利用計算機搭建三維立體模型，從而對檢測公路路基和路面的損害程度進行準確把控。

2.3 對公路局部密實程度以及脫空問題進行檢測

在對公路工程項目進行施工建設的過程中，會應用到多種類型的施工建設材料，不同的施工建設材料有著不同的分層結構，往往會形成介電特性的差異，但在實際收集到的圖像信息傳遞強度具備一致性的現象，使得各類檢測數據的誤差值范圍較小。從技術理論上進行分析，公路表面層和基層、密集區的結合，在不同層之間產生的波形存在規則平滑性，基本不會出現雜波的發射問題。一旦公路中存在的水分不能及時有效地排出時，公路路面上的地表水就會逐層滲透，使得不同表層間出現松散的現象，在情形較為嚴重時甚至可能發生間隙不斷擴張的現象。在一定的時間范圍內，公路結構面板中的介電常數也會出現相應的改變，而不同層數間的常數比值也會持續上升。因此，按照雷達波射面與實際傳輸面之間的基本特征來說，可以很直觀地看到反射界面發生的相應變動，而實際傳輸頻率則呈現持續下降的態勢，地質雷達可以有效獲得相應的圖像并及時地發現公路結構層出現的問題[4]。

2.4 對公路裂縫以及坍塌下陷問題進行檢測

在當前公路工程項目中，最為常見的公路病害問題為裂縫現象，裂縫周邊的介電質會因為裂縫的不斷變化隨之發生變化，在通過地雷雷達對公路進行探測作業時，就可以很明顯發現在地質雷達異常剖面圖上出現了串珠式的線狀異常。另外，地基富水也是導致路面損傷中的主要形式之一。如果地基富水，那么就會導致路面的強度值出現持續下降的態勢，并且也會導致公路路面的抗剪強度持續下降，當公路路面車流量較大且車輛負載較重時就極容易導致公路路面出現扭曲變形的現象。因為自然水本身就具有特定的介電性，它會直接造成非富水區與基層富水層之間出現很大的介電性差別現象。在地質雷達進行勘測掃描時，會從雷達的測量圖像中利用其差異來進行分析判斷，為后續公路養護工作提供基礎數據理論支撐[5]。

3 應用地質雷達的未來發展前景分析

應用地質雷達來進行公路工程項目的質量檢測工作，對于我國來說屬于質量檢測領域的先行者，在通過長時間的研究、實踐、分析、推廣之后，我國在利用地質雷達對公路工程項目質量檢測方面取得了長足進步，同時應用地質雷達進行質量檢測的技術方法也在被不斷地補充完善，并逐漸在公路工程項目質量檢測中得以有效應用。由于我國國家公路建設的日益開展，帶動了公路、橋梁以及隧道等工程的快速發展，公路工程項目質量檢測已經發展成為評定公路工程項目質量以及反映公路工程項目投入使用是否安全的手段之一。應用地質雷達技術對公路質量進行檢測工作要緊跟時代的發展步伐，對公路工程項目質量的檢測方法要不斷進行創新優化，以便于能夠為公路工程項目的質量和投入使用的安全性能、后期的養護維修管理提供有力的保障。在公路建設工程項目質量檢測作業時使用地質雷達檢測技術，能夠真正實現對公路工程項目質量檢測的無破損檢測，這對于質量檢測領域而言意義非凡。基于此可以預見地是，地質雷達的發展與應用前景相當廣闊，會發展成公路建設工程質量檢測的重要風向標。

4 結語

綜上所述，在當前公路工程項目質量檢測作業過程中，應用地質雷達來開展質量檢測活動的優勢較為明顯。地質雷達技術其精確程度較高，能夠在較短的時間范圍內獲得待檢測工程項目的數據信息，故此，在公路工程項目的質量檢測工作中，要不斷對地質雷達質量檢測技術進行創新優化完善，對地質雷達檢測技術科學合理地完善各方面的性能，相關技術應用人員要有效拓展和延伸地質雷達在其他領域范圍內的應用，并將地質雷達質量檢測技術不斷進行推廣，盡可能地解決公路工程項目質量檢測過程中存在的相關問題，不斷提升我國公路工程項目質量檢測工作的質量和效率，同時還能夠在一定程度上減少資源浪費、提高經濟效益，促進我國公路交通事業的健康、高效、穩定發展。