半刚性沥青混凝土路面雷达检测技术检测应用

张子珍

(山西交通建设监理咨询集团有限公司，山西 太原 030006)

0 引 言

公路建设中，质量问题的发生率较高，即使质量性能完全符合要求，在长期的投入运用中，面临着巨大的交通压力，也会导致结构发生病害的问题。路面层下部的病害往往都是肉眼所观察不到的，所以要选择使用新方法与新技术，才能更好的提高公路病害的预防性养护水平，带动我国公路领域的发展。

1 地质雷达的检测原理

地质雷达与探空雷达的检测原理是基本一致的，其主要是通过发射高频电磁波的方式，以宽频带短脉冲的方法，在地面通过发射天线将信号发射到地下空间，在遇到地下介质或者介质分界的情况下，反射会发射器，并且通过专门接收的信息获取，通过计算机记录下来，系统整理获取的信息后，形成雷达剖面图。由于电磁波在介质内传输中，路径、强度、波形都会发生变化，表现出不同的几何形态。因此，通过系统分析电磁波的特点、传播时间、幅度、频率、波形等信息，整理相关的雷达图像，以掌握公路的具体情况。雷达图像剖面图是经过脉冲反射波的方式实现的，其波形通过变面积的方法展现处理，也可以应用灰度或者彩色剖面的形式体现出来，再利用同相轴或者灰线、等色线的方式获取反射面的情况。波形记录图内根据各个测点获取的测线铅锤方向得出波形，从而形成雷达剖面图，让人们快速的掌握公路损坏的具体情况。这种方法的检测精度高、速度快，是一种无损检测技术，可以记录每一道雷达数据信息，最终可以形成雷达脉冲波与相应的反射波系数的卷积，再应用探地雷达记录反射波到达的时间、波幅，分析地下介质的分部状态，再通过雷达获取相应的高分辨的较浅层内的探测，所以使用的范围是很大的。

2 地质雷达技术在公路路面检测的应用

(1)公路路面脱空检测。在水泥混凝土板的基层与底基层结构中，透水性有着较高的要求，所以在基层结构透水性不合理的情况下，水极易通过接缝的部位进入到面层与基层中间，并且长期的积累存在，车辆荷载作用下会造成水压力的形成，对于周边的基层结构产生冲刷影响，而冲刷掉的细集料会随着唧泥的作用逐步被带走，长期冲刷作用而导致脱空区的形成。有些基层结构脱水性虽然比较好，但是粒料级配的设置不当，细集料容易被雨水冲刷掉，也会导致脱空区。脱空区的强度以及承载性能不足，在车辆碾压的作用下，造成结构出现断裂、破碎等问题，会出现两条反射波，这样就可以检测出是否存在脱空的问题。在检测的过程中，选择已经发生损伤的路段，检测后获取的成像剖面内发现该区域损伤严重，且垫层与路床界面存在凹凸不平的问题，说明基层、垫层存在介质横向上的情况，且损坏严重。通常来说，天线的频率高低会影响探测的深度。经过相应数据的分析，如果天线频率在2 GHz以上，则不能探测出脱空的问题，只有天线频率下限为900 MHz时，地质雷达才能准确的探测脱空问题。因此，应用地质雷达可以实现脱空检测，但是要将天线频率设定在合理的范围内。此外，雷达探测的深度会受到地下介质的影响，不同介质的反射度数也会有差异，电磁波的长短不同。如果相同介质条件，电磁波反射存在不同，这就使得脱空问题无法准确的检测。

(2)路面厚度检测。当前我国公路道路很多都是应用沥青混凝土材料建设而成的，所以其厚度会给路面的质量产生影响。因此，沥青路面结构厚度设计是核心工作。一般来说，道路结构包含路基、基层、面层等结构。一般来说，面层5～26 cm厚、基层10～30 cm厚，厚度数据根据工程的情况确定。当前我国的高等级公路项目中，改性沥青或者水泥混凝土面层结构比较常见，应用有机结合料稳定碎石、水泥稳定碎石、石灰土等材料比较常见。各个层的材料有差异，雷达穿越不同介质时传输速度会不同，所以雷达会显示各个层的分界线。地质雷达检测原理是向地下发射脉冲的高频电磁波，其在传输的环节遇到电性差异的目标体，比如路面结构的不同层，会形成反射、散射的现象，这样接收后的信息，对接受到的反射波进行处理，按照反射波的波形、强度、时间等数据得出目标体的空间位置、结构以及电性等。因为检测的结构是沥青层，所以应用雷达探测出其沥青结构厚度即可，而应用1 600 MHz的雷达天线可以提升检测的精度和速度，促进整体检测效果的提升。

(3)路面密度和压实度检测。在沥青路面的运行中，厚度参数、压实度性能等方面，都是直接影响工程质量控制以及养护管理方式的因素，所以必须要做好各个指标参数的探测以及获取。路面雷达在检测的过程中，并不会直接获取密度、压实度等相关的路面性能参数指标，但是通过分析介电常数的方式，即可通过掌握这些指标的改变，这样就会引发介电常数的变化。结合混合介质的介电常数均方根模型，从而可以掌握相关的数据信息，为路面层结构的分析和控制提供基础条件。在沥青路面工程的设计管理中，混合料的油石比的稳定性较强，而新铺设的结构含水量比较差。因此，在沥青混合料的介电常数比较小的情况下，则可以得出密度小、空气含量高的结论。路面雷达是目前应用沥青混合料的介电常数、体积比、密度三者关系进行分析的，根据是否有异物存在可以确定压实度参数。经过大量的实验参数分析发现，路基压实结构可以分为如下几种层：不均匀层、密实层、不密实层。因为雷达系统可以检测出雷达图像的不均匀变化的情况，所以通过使用瑞雷波的方法即可确定不均匀异常区域范围，瑞雷波的压实度参数、波速值、承载力等，以得出沥青路面的质量性能参数，对于判定沥青路面的总体质量和效果产生直接的影响。

3 某高速公路应用雷达检测技术的案例

3.1 工程案例

该项目选取其中一段50 m的路段进行分析，可见图1所示，其上中下面层的厚度分别是5 cm、6 cm、6 cm。分析图中的雷达检测结果，发现在17 cm的周边区域内的GPR信号增强，存在GPR轴向反射的情况，该位置的反射波比较长，所以确定该位置上连接存在不结实的情况。但是不能准确的判定上下层结合位置上的GPR反射的具体情况。因此，技术人员推测该位置出现离析的问题，并不能达到脱空的标准。

图1 下面层离析典型雷达成果图

经过对现场的钻芯分析图发现，下、中、上各个层结构的结合性比较好，同时承受外部交通作用力，但是在沥青面层与基层结构交界的位置上存在碎裂的情况，所以说明以上GPR反射比较明显，即可判定出沥青层与基层存在离析的问题。

图2 现场取芯

3.2 判断准则

沥青层与基层结构出现离析的问题是高速公路比较常见的，多数都是因为其存在比较小的碎粒或者粉状物的形式，这些物质的吸水性比较长，吸收的水量较多，所以在GPR反射波型中的变化规律比较长，还会存在较大的断裂性。

4 结 语

在半刚性沥青路面的检测中，应用雷达检测技术，在现场检测时存在不同的介质，内部检测材料的复杂性较大，所以这就造成探低雷达检测系统的操作比较繁琐，受到人员经验的影响，同时这一技术还有一定的缺陷，需要进一步研发和应用。本文从工程案例出发，分析探地雷达在沥青路面典型病害的检测作用，发现该技术可以快速的完成检测，掌握本次案例高速公路项目存在离析的问题，为后续的运营和维护提供帮助。同时，经过总结案例经验，分析GPR信号变化，获取相关的信息，及时掌握公路工程的病害情况，加强病害位置的分析与判定，及时解决处理，满足公路运行标准。总之，应用雷达检测技术，快速发现半刚性沥青混凝土路面的病害问题，为工程质量控制提供基础。