地质雷达探测技术在路基工程中的应用

郝建云

(重庆交通大学河海学院，重庆 400074)

提高工程质量，探明工程隐患，采用高效、经济、合理的方法和技术探测工程质量已成为新时代不可避免的重大课题［1－2］。地质雷达探测具有高效率、无损害、高精度、操作便捷等优点，能很好的应用在路基工程探测中。现今对于地质雷达探测在公路工程中的应用还较多在对隧道的断面尺寸、初支混凝土厚度和密实性、钢拱架间距及二衬厚度等方面的检查［3－5］，而对路基的探测应用还不太广泛，有进一步深入研究的价值。论文以某国道拓宽改造工程为依托，探讨如何合理有效的利用地质雷达对路基工程中出现的空洞区［6－8］进行探测预报。

1 地质雷达工作原理及相关参数选择

1.1 地质雷达工作原理

地质雷达是基于地下物质介电常数的不同，利用发射天线发射的高频电磁脉冲波的反射来探测地下目标体的一种物探手段［9］。在地质雷达探测过程中，由放置在地面的发射天线将电信号转换为高频电磁波，并以宽频带短脉冲形式定向发送至地下，而地层结构中不同介电常数的介质对高频电磁波具有不同的波阻能力，因此当路基中介质介电常数不同时便会对高频电磁波产生折射和反射，反射回地面的能量将被接收天线所接收并转化为电信号。地质雷达进行路基探测主要是利用不密实区介质的介电常数与周边密实材料的介电常数差异，根据接收到的反射能量在地质雷达图像上显现出的特征来定性判断路基的密实情况。

1.2 参数选择

就雷达系统自身特征来讲，选择天线频率越高，雷达能够探测的深度将越小;反之，当选择的天线频率越低，能够探测的深度越深。然而，选择频率越高的天线将能够探测的更加详细准确，为了能够达工程所要求的探测效果，所以当采用地质雷达进行路基密实情况探测时，重视仪器参数的选取便显得极其重要，尤其对天线频率的合理选择。选择一定频率的天线其最大探测深度主要取决于地下介质的介电常数差异程度、探测目标的尺寸大小及目标体的深度等因素。综合上述因素和工程要求及实际工程环境，本次对道路路基选择中心频率为40 MHz的天线进行探测。

2 路基探测

以某国道拓宽改造工程为例，道路全长3432 m，为城市主干道I级，双向6车道，设计道路标准路幅宽36 m。其中，一段长120 m的路基，填方高度0.5 m～5.82 m，沿线构筑物有1段路肩挡土墙，1个排水箱涵。因该段路基出现不同程度的下陷，为查明道路路基的密实情况及是否出现空洞区，采用地质雷达技术对该段道路路基进行详细探测。

2.1 现场探测工作布置

该段道路上一挡土墙位于原道路上方，其下方为回填土，管网相对比较复杂。挡墙出现外倾，外倾段下方原来为一桥涵河沟，改扩建过程中在原河沟内直接修建了一个1.5 m×1.5 m排水箱涵(见图1所示)。根据挡土墙的实际情况及地质雷达使用要求，地质雷达探测的范围为挡土墙两侧2～5 m，探测深度为12 m左右。总共布置了3条测线，测线布置图见图2。

2.2 地质雷达资料处理

为了提高探测的可靠性和准确性，在现场对每一条测线进行多次往返探测，以便为后期雷达图像处理时提供充足数据。现场探测工作结束后，采用专业处理分析系统对雷达信号进行处理分析，得到的每条较为清晰的测试图像分别为图3～图5。

3 探测结果地质图像解释

测线1的地质雷达图像如图3所示，从图像上可以看出测线下方1～2 m范围内，沿测线方向22－48 m局部表现为“白色”［10］，表示反射信号较强，此为铸铁金属管线的反射特征。其中22 m“弧形”处，是测线与铸铁管道的交叉位置。路基下方的排水箱涵在图像上清晰可见，图像显示箱涵位置与现场实际位置比较吻合。在箱涵右侧同一水平线上，图像上显示出的“白色”斑点，为一通向排水箱涵的铸铁排水管。图像上其余部分除局部表现为不密实，可能含水外，未见明显空洞。

测线2的地质雷达图像如图4所示，测线2的位置为挡墙的内侧，其中雷达探测时挡墙内已填土约2 m左右深。从图像上可以看到，在测线下方1 m范围内，出现比较连续的“白色”条纹，此为L型挡墙的基础部分，“白色”条纹表示基础中的钢筋具有较强的反射能力。排水箱涵在图像中也能清晰明了的显现出，其中排水箱涵附近的深色部分表示存在微小空洞或不密实区，可能含部分水。其余部分则局部范围不密实或可能含少量水。图像显示出各个结构物的深度值与现场实际及施工图纸稍有出入，究其原因，可能由于现场施工干扰信号导致或参数选取不当引起的误差。

测线3的地质雷达图像如图5所示，经比较与测线2的雷达图像比较吻合，对图像的解释参见图4。

综合三条测试图像结果并结合现场实际与施工图纸进行合理分析，得出了在所探测范围内即挡墙内侧5 m、外侧2 m、长度38.5 m、深度12 m范围内未探测到明显空洞(不包括已建的水管、排水箱涵等管道);个别测线下方局部密实性较差，可能含水。为验证探测结果的可靠性，在雷达探测密实性较差处或可能含水处进行了开挖，验证结果与地质雷达探测结果基本吻合。

4 结论

(1)可在不影响临时便道正常运营的前提下应用地质雷达技术对道路路基进行探测，设备操作简便且对路基无破坏，直观明了的显示探测结果并能显示探测目标体深度，在实际探测工程中应大力推广应用地质雷达探测技术。

图3 测线1雷达测试图像

图4 测线2雷达测试图像

图5 测线3雷达测试图像

(2)采集数据时应尽量减少外界因素对数据采集的干扰，充分利用既有的设计、施工资料及现场环境，结合地质雷达成果图像得出最为合理的探测解释。

(3)采用专业软件对雷达信号进行处理时，注意参数的合理选取，将处理后的雷达图像与现场实际与施工图纸对比分析，如不吻合，找出原因，重新分析，直到得出合理的结果。

［1］于阳，杨磊.地质雷达和瑞雷波检测公路工程质量技术研究［J］.华北水利水电学院学报，2009，30(4)：87 －90.

［2］孙洪星.地质雷达探测技术在近地表弱地基工程勘察中应用实践［J］.煤炭开采，2000(4)：10 －12.

［3］郭有劲.地质雷达在铁路隧道衬砌质量检测中的应用［J］.铁道工程学报，2002(2)：75－78.

［4］刘康云.地质雷达在公路隧道施工中的应用［J］.辽宁省交通高等专科学校学报，2010，12(2)：1－5.

［5］张智蔚.公路探地雷达技术在隧道检测中的应用探讨［J］.公路交通科技：应用技术版，2008(4)：141－143.

［6］刘志声.路用探地雷达脱空检测参数研究［J］.现代电子技术，2009(20)：163－166.

［7］马利平，廖华.地质宙达在探测地卜采空巷道中的应用［J］.勘探科学技术，2001(3)：58－61.

［8］刘敦文，古德生，徐国元，等.采空区充填物探地雷达识别技术研究及应用［J］.北京科技大学学报，2005，27(1)：13－16.

［9］薄会中.地质雷达技术实用手册［M］.北京：地质出版社，2006.

［10］郝建新，魏玉峰，林雄斌.地质雷达探测干扰因素及图像识别研究［J］.工程勘察，2008(11)：73－75.