探地雷达在公路工程检测中的应用探究

宁宝骞

（广西恒信工程质量检测咨询有限责任公司 广西柳州 545000）

GPR是一种先进无损探测工具，当前已经推广用在公路、机场、隧道等许多领域中，相较于原来的钻孔取芯与室内试验手段，采取GPR技术开展公路检测，存在迅速、无损等优势，针对普查路基质量情况、精准确定路基故障范围，探究判断病害成因及类型，特别是对路基深层问题与地质条件的探测性能，具备无法比拟的优点。

1 GPR组成分析

GPR系统的构成包含：配电电源、仪器主机、发射器、接收器、信号处置、结果呈现、收发天线、保存等部分。

（1）发射器。发射器实质上是依靠线路存储能量，而且可以取得短期释放，形成较强的脉冲和单周期雷达信号，经过分离器以后传导到天线，利用天线将该电磁波传导到路面系统。

（2）接收器。GPR接收器的关键是高速取样线路，根本作用即获取反射信号，也要扩大该种信号，然后将信号传导到信号处理弃，高效处置所获取的信号[2]。

（3）天线。天线可以完成电磁波信号发射和接收反射信号，公路GPR系统对应的天线包含以下两类：空气耦合型天线、地表耦合型天线。

（4）分离机。射频发射时，于发射器和天线之间利用分离机完成联结，且在短时发射处理完成后，分离机断开发射器和天线间的联结，再次联结接收机和天线。分离机可以让接收器输入部件获得保护，而且可以使输入部件在发射器高能输出的状态下获得维护。

（5）信号处理器及计算机。信号处理器的本质作用在于科学处置反射信号，计算机的功能在于完成信息和数据的采集、处理、保存、展示及探究。

2 GPR运行机制

电磁法实质上就是依靠地下岩土体导磁性和导电性的区别，检测并研究由于电磁感应所引起的电磁场时空分布规则，从而处理工程地质问题相应的物探方法[2]。就GPR所采用的高频电磁脉冲而言，通常工程勘探和检测时的介质都是把位移电流视为重点的损耗介质。这一介质中，反射值和波速的决定性参数为介电常数。

其中：ε-相对介电常数；r-反射值；c-光速；表示速度；1是上介质；2是下介质。空气、水相对介电常数为1.81。

在具体探测期间，介质波速、天线距离和信号返回时长已经明确，这以确定故障电性界面间距，然后还可以依靠波形故障区间的形态规格，分析探究主体的实际尺度。

3 公路检测方面GPR技术的具体运用

3.1 路基检测过程的运用

（1）路基不密实和高含水区。

一般情况下，路基不密实的成因在于公路建设早期压实度不合格，或局域受到水体浸泡，从而引起严重的松软现象，不密实区域内的路基土含水率和孔隙率相对于周围密实区来说偏大，由于不密实周围土与附近密实区域土间有较大的电性差别，在雷达波形图上通常可以呈现出不密实地方边缘界限的反射波同相轴产生明显的错动，而且分层不清楚，不密实区域波形的均匀性很好，依靠波速和时长可以获得不密实深度和具体范围，这样就可以在路基不密实区域内和高含水区域内展开检测。

（2）路基脱空。

检测路基脱空时，脱空孔口会加强重复反射波，而且在很长时间内无法消散，而侧向反射波很弱，所以局部独立的性质比较明显。

反射相位与入射波处在同向状态下，而与路基层表面反射波相位处在相反状态下，假设确定空洞上、下表面反射波相差的实际时长，就可以确定空洞的具体深度及范围，这样就可以有效实现检测路基脱空情况的目标。

（3）路基下沉。路基下沉将令路基断面产生变形和层位偏移情况。于雷达剖面上，路基下沉现象的显示指同相轴已不处在同个水平线上，产生倾斜度，而路基下沉的实际程度可以通过倾斜深度及宽度表现出来。

（4）路基断裂。由于地下裂纹、不均匀体将直接干扰电磁效应，从而造成雷达反射波波形产生畸变现象，而实际形成的情况与地下裂纹、不均匀体的范围有直接联系。路基内假设存在空洞裂纹等，在雷达上反映出呈低频、大振幅特殊的不规则强反射波等等。

3.2 路面检测过程的运用

3.2.1 基层问题检测

（1）基层松散。基层产生局域松散情况时，与周围比较均匀介质间将会产生一些材质方面的差别，假设雷达波直接穿过该松散地方，介电常数将会出现变化，从而显示出波形比较紊乱的情况，相对于正常范围的雷达图像而言，层状波形量很少，相对于空洞异常范围的雷达图像而言，反复反射波的数量很少。

（2）基层局域脱空。于雷达剖面上，基层局域脱空显示出反复反射波的发育情况有问题，而且波形为弧形。

（3）基层碎化检测。基层局域因为模式度均匀性不好、填筑密实性不好，而且因为超重负载的反复冲击，而地面水和地下水也较多，由此引起了较大的损坏，呈现出反射波波形模糊，起伏程度较大。

3.2.2 面层施工质检

（1）沥青表层厚度。

沥青表层结构厚度其实是根据电磁波于各交界面的反射时间和各个结构层内的传递速度获取，反射市场可以依靠雷达信息的采集与统计工具智能获得，波速一般利用钻眼厚度标定和波幅获得，由此可以获得面层的具体厚度。

（2）沥青表层压实度和间隙率。

质量检测环节，其实是根据雷达反射波波幅获得沥青路面复合介电常数，然后依靠该关系式可以了解具体压实度，但是间隙率与压实度属于彼此紧密联系的两大指标，这样就可以获得间隙率。

（3）路面病害检测。

①沥青面层脱落。建设沥青面层未脱落，UPR检测时回波中波峰数量仅有两个，一个的部位处在路面，另一个的部位处在沥青面层与基层界面表面；假设出现脱落，回波中路面反射与基层、面层界面反射之间出现了波峰，数量为一个；假设脱离情况比较严重时，该波峰峰值提高，而且1GHz大气耦合式喇叭天线对于脱落辨别形成一定的效果。

②路面结构层断裂。依靠多层均匀层状介质中垂直裂纹的雷达波响应性质反映出一簇顶点部位是裂纹铅垂线表面内的双曲线波组，包括一次散射波和二次散射波随波，并且双曲线顶点与各个介质分界面反射波产生同相轴相切情况，可以了解路面结构层断裂的实际状况。

③水泥混凝土面层脱空。假设路面积水未及时排出，会引起地面水渗透情况，从而面层与基层之间慢慢松散，有些会产生脱空情况[3]。根据反射值强度变化的状况确定是否存在脱空层情况，然后根据反射值正负状况，确定脱空层性质。通过规范的计算获得，脱空层将造成反射值增改2~3倍，最后让GPR更为精准的完成脱空检测任务。

4 结束语

总之，GPR应用在养护和检测过程，需要注意如下几点内容：①裂纹延展与裂纹追踪检测，研究裂缝形成的原因，制定行之有效的养护计划；②结构层内的病害问题辨别；③路面结构层厚度检测、核验，避免产生许多钻芯采样现象和故障，而且可以大幅度提高工作效率。