地质雷达技术在公路建设中的应用

李 剑，李冬冬，马 鑫，汤 鑫

(安徽省地质矿产勘查局321地质队，安徽 铜陵 244000)

改革开放以来,我国公路建设突飞猛进,但原有的钻探取芯、开挖抽样等勘查和工程质量检测手段效率低、代表性差、成本高，并且对工程有破坏。世界上各国都在发展快速、高效、经济、简便的勘查和工程质量无损检测技术,地质雷达是能满足上述要求的高新技术之一。

1 地质雷达检测技术

1.1 基本原理

地质雷达检测技术相关的基本原理主要是利用不同材料中的高频电磁波现象和数据差异来分析具体的地质情况。在公路建设测试过程中，需要具体应用雷达探测技术。首先发射高频电子波脉冲，在传播过程中，通过暴露在地质深度的电磁波再次反射，可以对在接收器中反映的数据进行深层分析和整理。地下混凝土条件进行预测有关道路工程的地下结构及相关危害进行精准评估。地质雷达检测技术在公路建设中被深入发掘，对现有检测过程中与地质没有实质性接触的基本问题进行优化，通过物理方式将公路建设的破坏降到最低。

1.2 检测依据

地质雷达检测技术的优点是使得公路建设过程中没有受损或损害较少，更多的是将其应用于表面公路建设的检测当中。其缺点是检测的深度小，但分辨率更高，因此需要检测的公路部分区域与周围的土地成分是截然不同的，只有当公路的一个区域和其他区域有电性差时，接收的信号更为明显。依据目前的技术看，我国公路建设的质量并不是很理想，包括表层，基层，路基层三层。在公路建设时，由于践踏、风吹雨打及车辆穿梭等，因此在表层及承受重量的基层采取混凝土及沥青，夹杂碎石及石灰。其中水泥混凝土的相对介电常数是3～5，而沥青是5～10，但较多公路建设相对的介电常数均为8以上，因此来说，当公路建设的三个层次结构存在较大差距，检测的结果才会精确。

2 地质雷达适用过程

公路建设包含勘探设计、建设施工、竣工验收、试运行及维护。在各种频率的天线下，地质雷达检测深度的领域是0～50 m，其分辨率、工作速度、结果直接显示和仪器的轻量性都比其他常用的探测方法好得多，也可根据情况进行改变，见表1。

表1 检测深度与天线中心频率关系

公路勘探设计中可利用地质雷达来勘探路线：①工程地质地层划分；②水文地质条件与潜水面和附属区域划分；③人文地质条件，如古墓的勘探、电缆等人工洞及古墓。

公路建设施工中用地质雷达检测表层及基层厚度、压实度，在隧道中公路的建设时，也可用地质雷达提前检测也许会遇到某些障碍物，还可以进行质量检查等。

公路竣工验收和试运行利用地质雷达对路面基层及厚度、密度、含水量、有无裂缝、有无漏洞等公路质量进行检查。

公路建设维护利用地质雷达不间断监察公路各层含水率值，观察各层之间得差异性及是否存在空隙等。就可以大致缩小公路建设中病害类型、距离及轻重性，解决是否进行修补火重新建设。维护后看是否达到预期目的。

总之，地质雷达技术是一项在公路建设中应用最多且最有效的公路建设检测的新技术。

3 具体应用分析

3.1 路面厚度检测

公路建设过程中的路面厚度是关乎其质量评价的重要方面。公路建设过程中，表面铺设的质量和具体数据对公路建设施工时具有决定性作用。目前，不少公路建设单位为了稳定公司效益，降低路面厚度及材料质量、成本等，从而对公路建设工程的质量标准造成严重后果。因此，对公路建设的路面厚度测定技术将其合理化调整，地质雷达技术比其余一些技术有着准确度高的优势，在施工过程中，可以根据路面厚度对应用地质雷达技术进行更为准确测定，从而提高施工质量。

根据材料及公路程度，路面厚8～30 cm，基层厚20～40 crn。水泥层厚容许5～10 mm的差值，沥青层和底层厚容许±10%的差值，见表2。

表2 公路面层地质雷达测量和实际厚度对照表(单位：cm)

表3是西安市某公路的沥青地面与2-石灰底层的总厚度经钻探穿孔测量结果与经地质雷达(500MHz)测量结果的对照表。由于孔的两面位于洞穴中，地层与地面的厚度变化较大，施工与雷达线路的位置不一致，因此个别数据的变化很大。

表3 结果对照表

3.2 路面病害检测

在对公路病害进行检查时，寻找原因是十分重要。目前，对公路路面的技术监测多，但能够精准检测出公路病害原因的却少之又少。如果不能清楚地找出公路损坏具体现象，最终只能是无目的地维持公路现状，而且要消耗大量的人力以及物力，更有甚者连问题在哪里都找不到，自然也就不能加以修复。

公路病害成因包括：①对于公路的路基，一般情况下，因为混凝土中水分较多，导致其承重量小，在里外温度差异大、压缩强度不足等危害下，造成路基沉降、空洞、岩洞甚至滑动或退却等病害；②路面需要抵御中型汽车及天气变化，在多种不利因素作用下，路面使用寿命逐渐缩短，路面下沉，产生很多的车辙振动现象等；③由于道路构造层的渗透性不强，路面积水造成公路体脆弱等现象；④还有其他多方面的因素也可导致公路破坏，如公路质量不达标、天气与人为因素等，均会造成公路病害。路基及路面问题的产生原因也是多方面的，是二者在各自作用下所带来的影响。例如，某公路因长期使用而发生地面松弛的现象后，工作人员使用地质雷达对其病害进行检查分析，发现反射波起伏强烈，如图1所示，这表明公路的基层顶面有松弛现象。

图1 公路基层顶面松散雷达图像

公路竣工使用后，随着时间的推移以及使用过程中发生破裂，公路路面的基本功能逐渐退化，进而产生相应的病害。利用地质雷达检测技术对路面病害进行有效检验并加以整治修复，将会不断提高公路使用寿命。合理利用此技术，在实际施工检验中可以将无接触与零病害进行有效连接，对公路病害的检测具有非常及时和有效的意义。

4 结束语

综上所述，公路建设中的质量好坏对人们的生命安全以及社会经济等有着不容忽视的影响。因此需要有关部门在公路建设时加强对路面厚度、病害等的检测，并采取相应的方法解决存在的问题。地质雷达是一种速度快、便携、经济效益高的新技术，在公路建设检测中比其他试验检测手段的适用范围更广，且效果较好，应用前景也越来越大。不过，同其他方法类似，地质雷达技术也并不是适用于所有情况，因此需要根据情况选用适当技术来实现检测。总之，逐渐深化地质雷达检测技术在相关领域的应用，将进一步提高公路建设的安全性和质量。