地质雷达检测技术在混凝土路面中的应用

徐 强 路 磊 西北民族大学土木工程学院

1 综述

人们日常生活的户外出行都要经过道路，虽然能够直观地看到道路之上各种状况，但看似平整的道路下有可能存在着影响道路结构稳定的因素。尤其是在长期地底下管道渗透和过载使用下，道路以下结构正潜移默化地发生改变，而这些隐患的存在会随时导致坍塌事故的发生，这也时刻影响人们的出行安全。因此，运用地质雷达检测技术去探测路面结构下的未知危险因素，随着地质雷达检测技术不断更新，可以更好地帮助我们避免地面之下空间的危机，是预防规避道路坍塌事故发生的重要工具。

2 地质雷达检测技术的原理及资料分析处理流程

2.1 地质雷达检测技术的原理

地质雷达仪器由控制单元、显示器、发射天线、接收天线等组成，类似于人体的神经控制系统。地质雷达各部分之间分别负责接收、传输以及读取信号，控制单元进行信号触发后将信号传达至发射天线端，发射天线收到信号后，将触发信号传递到接收端，再由此将形成的高频脉冲波传至地面端。电磁波则会根据传导过程中的介质差异形成不同的反射波，一部分电磁波会向地面反射，接收天线接收这部分电磁波后传导至显示器端形成图像信号，此时便可通过观测显示器所收集的图像信号来推测地底情况，通过导入计算机对图像进行处理和分析，可以获得地下介质的分布，从而达到检测的目的。

2.2 资料分析处理流程

地质雷达资料分析处理包括预处理（储存图像并进行传输，标记，校正桩号，添加标题等）和处理分析，处理流程图如图1所示，其目的在于降低外界干扰，以更高的图片分辨率显示地质雷达图像剖面上的反射波，从而将有用的异常信息如电磁波速度、振幅、波形等突出来，进一步帮助图形分析。

3 路面坍塌事故及其原因分析

3.1 兰州路面坍塌事故

自2016年8月起，兰州已发生了20多起混凝土路面塌陷事故，多名路过的行人及车辆都不幸掉入塌陷坑中，人员伤亡和财产损失严重。

兰州的道路在近些年来常有坍塌情况出现，这些坍塌事故也为道路安全通行敲响了警钟。因此，必须重视道路安全隐患问题，以免事故进一步发生带来更大的损失。

3.2 兰州路面坍塌事故的原因分析

兰州市属于湿陷性黄土地区，湿陷性黄土遇到渗水其抗压强度会急速降低，加之地面上的压力不断增加，导致湿陷性黄土层塌陷，从而形成地下空洞，道路塌陷也就随时会发生。在兰州市路面下，掩埋着许多错综复杂的管道，一些管道在预埋过程中封闭措施不严，一旦地基污水或者自来水管道破裂，地下的积水就会顺着封闭不严的预埋管道流向其他部位，从而形成了道路上多处连续塌陷的现象。近年来兰州的城市化进程大大超过了其城市基础设施的修建和维护工作进程，地下管道难以持续工作，所以容易埋下一系列塌陷隐患。

这些原因大都是长期的疏忽所积攒下的隐患，短期内无法从根源上解决这些问题，因此最好的预防措施就是利用地质雷达无损检测技术对混凝土路面进行地质探测，及时发现其中的问题。

4 地质雷达检测技术在混凝土路面的应用

地质雷达检测技术是基于相邻两种介质之间的电性差异，根据地下不同介质具有不同的电导率和介电常数依据，从而形成反射界面来反映地下情况。根据地质雷达所配套的天线类型，可以分为两类：一是空气耦合天线，二是地面耦合天线。在进行路面探测之前，可以通过木板上覆盖泡沫的方法来模拟实际的空洞缺陷，聚乙烯类材料的相对介电常数约为2.3，使得空气与混凝土结构之间的电性差异要大于此时的界面两侧电性差异，因此模拟试验结果比在实际工程中对缺陷的探测能力还要更弱，下面是地质雷达对路面进行探测的应用说明。

图2 是地质雷达的探测图像。其横纵坐标分别反映了探测路径以及反射波穿透被测介质的时长，其利用1500MHz的电磁波进行透射波穿透，在计算机端得到如上图像，其中红色标注的区域为空洞所反应的图像。

图2 地质雷达的探测图像

图3是地质雷达探测地下管道的图像。通过图2和图3的图像对比可以看出地质雷达在不同环境下所探测出的图像是不同的，通过进行大量的实地探测和模拟试验，总结出了各种情况下的雷达图像特征，为以后的探测奠定了基础。在探测的过程中，还可能会受到其他未知影响因素所影响，给雷达探测增加了一定的难度。

图3 地质雷达探测地下管道的图像

而实际的探测情况可能更加复杂，路面在长期使用以及缺乏有效保养措施的情况下有更为严重的安全隐患，但地质雷达检测技术的应用可以更为轻松的帮助我们获取地面之下所不能直接观测到的情况，能够为道路养护以及排查安全隐患带来便利。

5 地质雷达检测影响因素分析及优势

5.1 影响因素分析

在地质雷达的检测过程中会受到实际情况中各种不利因素的影响，导致地质雷达无法正常的接收信号。受到的干扰因素主要有：地质雷达测区附近的地面物体，如电线杆、指示牌、邻近建筑物、地面井盖等；在检测过程中可能会受到过往车辆所产生的地面振动的影响；还可能存在城市道路下地下管线、管沟、树根等产生干扰。而这些因素会使地质雷达检测产生异常，表1为应对这些异常的处理建议。

表1 地质雷达检测异常特征及处理建议

地质雷达图像的分析对的检测极其重要。因此，对路面结构做出分析之前，必须对地质雷达所收集到的数据图像进行分析并处理。常用的分析方法有典型滤波法和其他滤波法处理，一般多采用典型滤波方法，所谓滤波法就是将其他影响图像的波进行过滤，排除干扰，可以更加准确的反映出雷达图像，发现其中的问题，从而去解决问题。其他滤波处理方法包括：平均滤波；反褶积；偏移等。具体方法可结合实际情况进行选用。

5.2 地质雷达检测技术优势

地质雷达作为一种无损检测技术，具有工作效率高、成图清晰、携带方便等优点，被越来越多的业内人士所采用，通过地质雷达检测便可以在不破坏路面的情况下得出路面以下各层结构信息以及缺陷的位置分布，这为预防道路安全事故提供了一种先进的手段，从而可以有效避免人员伤亡。

6 结束语

道路在长期使用过程不断的磨损，地下各类管道的高负荷运载也为地面的内部结构破坏所埋下隐患，兰州市多处出现的路面坍塌为我们敲响了警钟，必须更加关注道路结构的健康。地质雷达检测技术的应用恰恰为对道路使用情况的检测带来了便利，可以在不用破坏路面结构的情况下对路面之下的情形进行了解，可以对道路的养护以及隐患的排查工作都提供指导性的意义。所以，理应不断对地质雷达检测技术进行优化与完善，让其更好地服务于生活之中，为道路安全保驾护航。