探地雷达在城市道路隐蔽病害检测中的应用

2018-06-19陈勇雄

江西建材 2018年7期

陈勇雄

(广州市市政工程维修处,广东广州 510250)

城市道路隐蔽病害引发的道路塌陷事故已经成为困扰当前市政设施管理的紧要问题。按时按规定对使用中的城市道路进行检测和鉴定,及时掌握城镇道路的技术状况,并应采取相应的养护措施,是保证道路设施的使用功能和服务水平的基础和关键[1]。

1 城市道路隐蔽病害成因分析

城市道路隐蔽病害的主要类型包括松散病害、富水病害、脱空病害、空洞病害。城市道路隐蔽病害的形成过程是很复杂的,根据相关资料分析及工作实践总结,城市道路隐蔽病害的形成原因可概括为以下几个方面：地质结构作用和地下水作用,长期振动作用,地下人防工程的影响,基建施工的影响,地下管道施工尤其是管道非开挖施工,道路施工时各结构层碾压不实,地下管道的破损及泄漏。

2 探地雷达

2.1 探测原理

探地雷达工作时向地下介质发射一定强度的高频电磁脉冲,高频电磁波以宽频带脉冲形式,通过发射天线被定向送入地下,由接收天线所接收。高频电磁波在介质中传播时,其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性特性及几何形态而变化[2],故通过对时域波形的采集、处理和分析,可确定地下界面或地质体的空间位置及结构。相对于探地雷达所用的高频电磁脉冲而言,工程勘探和检测中所遇到常见的介质都是以位移电流为主的损耗介质,在这类介质中,反射系数和波速主要取决于介电常数。

电磁波由空气进入路面层,会出现强反射(对应地面,并且由于空气中电磁波传播速度较快,这时的地面对应的是负相位)；同样,当电磁波由路面层传播至基层,继而由基层传播到地基时,如果交界处贴合不好,或存在空隙、空洞,亦会导致雷达剖面相位和幅度发生变化,由此可确定路面厚度、发现道路病害情况。电磁波遇到以传导电流为主的介质,比如检测构件中存在的钢筋(金属管道),会出现全反射,接收到的能量非常强,在雷达剖面上显示异常,以此可确定钢筋(金属管道)分布情况。

探地雷达系统可以检测路面内部是否有脱空(空洞)、松散不密实、钢筋层位、地下是否存在管线及路基结构层是否破碎沉降等情况,对道路路基病害情况进行大排查,重点记录病害缺陷的类型、范围、分布特征和缺陷程度。

图1 探地雷达检测原理图

2.2 数据处理与解释

图像处理包括消除随机噪声、压制干扰,改善背景；进行自动时变增益或控制增益以补偿介质吸收和抑制杂波,进行滤波处理除去高频,突出目标体,降低背景噪声和余振影响。

图像解释和识别异常是一个经验积累的过程,一方面基于探地雷达图像的正演结果,另一方面由工程实践成果获得。只有获得高质量的探地雷达图像并能正确的判别异常,才能获得可靠、准确的探测解释结果。

识别干扰波及目标体的探地雷达图像特征是进行探地雷达图像解释的核心内容。探地雷达在接收有效信号的同时,也不可避免地接收到各种干扰信号,产生干扰信号的原因很多,干扰波一般都有特殊形状,在分析中要加以辨别和确认,识别雷达图像的图谱特征可实现道路隐蔽病害的评估[3]。

密实：界面反射信号幅值较弱,波形均匀,甚至没有界面反射信号；

松散病害：界面反射信号为强反射,同相轴不连续、错断、杂乱,一般区域化分布,不密实分为轻度不密实和重度不密实；

空洞病害：界面反射信号强,呈典型的孤立体相位特征,通常为规整或不规整的双曲线波形特征,三振相明显,在其下部仍有强反射界面信号,两组信号时程差较大；

脱空病害：界面反射信号幅值较强,多呈近似水平的带状分布,通常有多次反射信号。

富水病害：路基含水率增大,松软,承载力不足。波组显示主要为顶面反射波,由于电磁波的快速衰减,顶面以下反射较弱,顶面反射波与入射波同相,底面反射波与入射波反向。

地下管道：反射信号强,图像呈分散的月牙状。

3 工程应用

广州市某城市快速路位于城际轨道工程在建路段,管养单位在日常养护及巡查过程中发现路面行车道出现多条纵向裂缝,且两侧行车道裂缝长度及宽度均较为严重,同时伴有轻微下沉现象。为掌握道路内部质量状况及长期运营的安全性能,根据现场的场地条件和检测方法的适用性,采用探地雷达无损检测技术对可疑区域进行隐蔽病害检测。由探地雷达图像可知,该区域的道路结构层出现富含水,松散不密实,脱空等病害缺陷,建议对该路段存在缺陷的区域进行高压注浆处理,对路面开裂进行灌缝修复,防止雨水渗入导致路基进一步松散、脱空下沉严重而造成安全隐患；加强对道路的日常巡查及养护,如在巡查过程中发现路面有明显下沉现象应及时进行交通围蔽和抢修处理。