透地雷达技术在公路质量隐患中的应用研究

邢庆祝　钟梁任　卫波

摘要：本文通过工程实例，就透地雷达在路面脱空和路基不密实病害方面的探测应用进行了分析，对异常信号的识别作了重点研究。研究结果丰富了透地雷达技术在公路质量隐患探测中的应用，同时对透地雷达异常信号的解释识别具有较大意义。

关键词：路面脱空；路基病害；透地雷达；异常信号

1.前言

路面脱空、基层破损、路基不密实及湿软等路基病害问题是公路使用过程中的常见问题，严重影响到行车舒适性和运输效益，甚至威胁到行车安全。应用快速、有效的方法检测道路结构状况，提前探测路面脱空、基层破损、路基不密实及湿软等隐患，为公路的维护检修提供有力依据，对提供道路使用品質、延长使用寿命等方面具有重要意义。透地雷达技术因其分辨率高，测试速度快、无损、成本低等特点，被应用于工程建设的多个领域。20世纪70年代，透地雷达技术在公路及铁路探测上得到应用。

2.透地雷达探测公路质量的原理与工作方法

透地雷达探测是一种以被探测体内部不同介质的介电常数差异为基础的物探方法。它通过发射天线向被探测体内部发射高频电磁波脉冲，通过接收天线接收由此脉冲遇到介质的介电常数变化界面时产生的反射波，根据反射波进行信号分析。公路由于路面层、基层及垫层由不同材料组成，因此路面层与基层及基层与垫层之间存在着较明显的介电常数差异，当出现脱空后由于空隙的存在，使得脱空处与路面层及基层之间也具有明显的介电常数差异，当路基内的物质疏松、存在空洞时与周围密实物质之间也有明显的介电常数差异，这些均满足透地雷达探测的地球物理前提。

在公路路面面层厚度、面层质量及面层底部脱空情况探测中通常选用900MHz和1000MHz主频的天线，探测深度可达0.7m以内和0.5m以内；探测面层以下潜在病害的多采用400MHz和100MHz的主频天线，探测深度可达3.0m以内和8.0m以内。

3.实例分析

广州市某高速公路，原路面为水泥砼路面，设计砼路面层厚度为25em和30em（因路段而异）。因车辆长期通行，已有部分路段的路面出现裂缝、下陷等破损现象，说明路面层以下存在不同程度的脱空。为查明路面层以下存在的脱空情况，使用美国GSSI公司生产的SIR20型透地雷达系统和900MHz主频的天线对出现路面裂缝的路段进行了探测。

中山市某城市道路，截污干管顶管后局部出现路面下沉、塌陷，为查明顶管路段管线中线附近区域行车道范围内路面以下因顶管施工造成的路基病害问题，选用100MHz主频的天线对其进行了探测。

3.1混凝土路面脱空信号分析

透地雷达信号经专业软件处理后，采用钻芯法进行混凝土路面脱空异常信号的标定，经过多次对比验证，根据采集信号及钻芯验证结果，将路面脱空信号分为三种类型进行解释：

Ⅰ类一轻微脱空，竖向脱空高度≤0.Scm，对应的雷达反射信号稍强（与周围信号比较），同相轴略呈弧状，如图1所示。

Ⅱ类一中等脱空，竖向脱空高度0.Sm～1.0cm，对应的雷达反射信号较强（与周围信号比较），同相轴明显错断，呈弧状弯曲，如图1所示。

Ⅲ类一严重脱空，竖向脱空高度>1.0cm，对应的雷达反射信号很强（与周围信号比较），同相轴明显错断，呈弧状弯曲，反射频率低，如图1所示。

3.2路基病害隐患信号的分析

路基病害隐患异常信号的标定验采用轻便触探法进行，经过多次对比验证，根据采集信号及轻便触探验证结果，将路基病害隐患信号分为三种类型进行解释：

Ⅰ类一轻微疏松，轻便触探击数15击～20击（每下降30cm，下同），对应的雷达反射信号振幅强度基本一致，反射波同相轴连续并且比较稳定，如图2。

Ⅱ类一中等疏松，轻便触探击数10击～15击，对应的雷达反射信号较强（与周围信号比较），同相轴明显错断，呈弧状弯曲，如图2。

Ⅲ类—严重疏松或空洞区域，轻便触探击数10击以下，对应的雷达反射信号相对强振幅、同相轴发生畸变而局部杂乱，当出现空洞区域时，将呈现强振幅弧形弯曲，如图2。

4.结论

透地雷达技术探测公路质量隐患，具有分辨率高，测试速度快的优势，属于无损探测。通过对实测资料的处理、分析，对于混凝土路面脱空信号，经过钻芯法对各异常信号的标定验证，可按竖向脱空高度≤0.Scm的轻微脱空、0.Scm<竖向脱空高度0.Scm～1.0cm的中等脱空和竖向脱空高度>1.0cm的严重脱空三种类型进行解释识别；对于路基病害隐患信号，经过轻便触探验证，可按轻便触探击数15击～20击的轻微疏松、击数10击～15击的中等疏松和击数10击以下的严重疏松或空洞区域三种类型进行解释识别。