探地雷达在道路无损检测中的应用思路构架实践

2018-02-15吴细平

江西建材 2018年13期

吴细平

(江西省建筑材料工业科学研究设计院,江西南昌 330001)

使用探地雷达对于公路地质等进行岩石性质等的检测,包括探测冰川的厚度,土壤以及岩石的性质等等,具有非常实用的应用价值。由于探底雷达是利用高频或者超高频脉冲电磁波进行地下介质地球物理勘测方法,因此它在问世之后,就被广泛应用于勘测和工程建设中。

1 探地雷达工作原理简析

探地雷达的工作原理,采用高频电磁波对周围介质进行能量的探测,然后使用宽屏形式将获得的信号,通过地面发射天线送到地下,然后遇到地层或者目标体的时候,再将信号反射回地面。此时经过接收电天线接收和反射的脉冲,在天线的帮助下发射脉冲,以扫描记录的形式,得到时间和振幅函数的反射脉冲图形。经过在地面的连续移动,对于不同位置的地面情况进行扫描,形成了一张与地震记录相似的时距曲线图。通过实际曲线图探地雷达获得的相关的频段,包含了地下介质准电介质等等。

波速可以通过公式加以计算。其中公式中的真空光速和地下介质的相对介电常数是可以计算出反射界面深度的。相对介电常数可以通过脉冲旅行时间和波速进行计算,获得相关的参数。在周围建置有反射体的电导波和介电常数中,经过反射脉冲信号的强度与介面的波反射系数和衰减系数的相应的计算,得到了公路结构中进行雷达正常反射后形成的地质雷达扫描波形。

2 公路结构模型与探地雷达反射信号的关系。

(1)地形公路结构与反射波形的探底雷达的信号获取时,应该对公路的结构进行探测,公路一般分为沥青水泥混凝土面层和基层等。根据公路的等级和运用的材料,先对面层的厚度进行测量,有的面层厚度为8～30cm,有的面层厚度为20～40cm。

根据路基的厚度变化大小,产生的电性也是不同的,此时运用探地雷达进行界面的反射,可以看到反射脉冲的旅行时间和振幅,将这些层面的反射信号以及变化加以定性的解释。向上的箭头表示参数不断增大,向下的表示不断减小。在公路条件对应的雷达信号上,电话可以通过探地雷达波形扫描记录加以获取,与公路有关介质的物性参数,也可以通过扫描记录得到相应的参数。通过这些参数的对比,我们可以计算出波速,最后得到各层的厚度,以及各层的电磁波传播速度[1]。

(2)对于水分进行计算是介电常数常见的水分关系的计算公式。利用地球物理对于测井中的体积模型进行水分含量的估算。假定固体填料中包含了空气和水,而天窗的空隙可以测算出各个段的脉冲旅行时间。通过对空气含量和混合介质进行介电常数的计算,能够得到相应的节点常数,随着孔隙度变化的实际数据吻合,类似于上述公式中的计算和和介质可以进行体积模型公式的计算,只要与雷达频段与其他实验数据相吻合,则可以测出最小水分体积含量,得到相应的水分重量百分比[2]。

(3)计算压实度可以参照水分重量百分比的公式进行计算。

(4)对于脱空的计算,是要将充气的脱空放在一个较强的峰值中,计算出脱空的深度和大小。按照水平范围和托空的垂直距离进行长度和深度的关系的测试。在多次反射明显的前提下,如果看不到多次异常的反射,则要进行工作方法的调整。在进行雷达反射和电磁波的穿透深度的计算中,需要采用常见的工作方法和特殊的场工作方法结合的方式,导电率高,频率就会越高。

(5)工作方法分析。进行雷达反射和电磁波的穿透深度的计算,需要采用常见的工作方法和特殊的场工作方法结合的方式,导电率高,频率就会越高。对于工作公路质量检测来说,检测的面层厚度一般是放置在基层病害的检测基础上的,在实际工作中,测线的布置要根据建设单位的要求,例如天线频率的侧布置要保证一定的探测深度,还要保证相应的分辨率。

经过测试,采用900MHZ振子天线进行测试的时候,发现探测深度越小,电磁波频率就越高。这在例腔镜面上进行的测试是非常明显的。水平采样点上,布置侧线可以每隔0.5m进行一点采样。此时实验要根据水平距离的自动标定,加以测线纹的连接,减少水平距离的积累误差,每个测量段的距离可以小于2公里,进行探测的时候垂向采样率为512个点。

仪器设备的准备可以使用进口的仪器。在公路质量检测中,目前常使用的包括地理勘测仪器、探地雷达仪等等[3]。

3 案例分析

在某高速公路进行探地雷达的检测的时候,发现当地的路基情况非常好,路基土层中没有复杂的反射信号,对于公路的涵洞的探测信号清晰可见。地质雷达接收到很强的反射和信号时,可以看到涵洞两侧有明显的脱空,而且在建设的过程中,通过探地雷达的检测,发现路面沉陷的情况比较严重,结构层遭到了破坏,有裂纹和路基变形的情况发生。此时用探地雷达可以探测岩层的厚度,确定了岩溶溶洞的深度和裂隙的大小,确定了局部的软弱地带。对于基层构造断裂带进行了圈定。在公路施工中,使用路面和路基厚度和密实度探测的方法,确定了裂缝和空洞,以及不均匀的情况。在公路维护过程中,对于基层结构破损和破损的前兆进行了检测,结合相应的技术手段进行了问题的解决。