三维探地雷达在旧路检测中多元化分析与评价

2022-03-18张晨余航

交通科技与管理 2022年4期

张晨余航

关键词三维雷达检测;隐性病害;多元化;评价

中图分类号 F426.92;TN959 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）04-0096-04

0 引言

随着公路路网的成型，新建项目日渐减少，为满足社会发展的需要，公路改建、扩建正在如火如荼进行，但旧路经过长期服役，加上运营单位养护水平、费用的不同，路面内部结构会出现不同程度的病害。然而，当前公路状态评估指标均基于路表显性病害，不能反映路面结构内部的隐性病害，对于使用时间较长的高速公路而言，隐性病害应该引起更大的关注。如何针对旧路路面结构内部病害进行精确检测，是关系到既有道路合理评价的重大问题之一[1-3]。探地雷达作为一種无损检测设备，能够真实反映道路内部情况，并具有非破坏性、速度快、精度高、携带方便、低交通影响等特点[4]。该文结合工程实例，对三维探地雷达在旧路检测中进行多元化分析与评价。

1 三维探地雷达检测原理

三维探地雷达是集现代电子技术、信息技术与电磁技术为一体的检测系统，可对道路实施快速全断面扫描。其探测深度可达6 m，具有检测效率高、深度大、覆盖宽、无破损路面等优势，可实现对路面各结构层厚度、介电常数以及结构损伤的探测[5-6]。

当接收天线发生移动时，即可接收到连续的探地雷达反射波，将接收到的信号加以分析处理就可以形成沿天线移动方向切面的雷达分析图像（二维），将纵向、横向、平面三向数据经过专业程序的后期处理，可以形成清晰直观的高分辨率三维雷达图像，真实直观反映路面内部状况[7-8]。

2 工程应用实例

2.1 工程概况

该文依托工程为京港澳高速公路广州至深圳段改扩建工程既有道路检测评估项目，广深高速于1997年7月1日正式通车运营，距今服役25年，主线为双向6车道，设计速度120 km/h，路基宽度33.1 m，既有交通量已超过12.3万pcu/日，局部为五级服务水平[3]。经过勘察，路表无明显病害，偶见车辙纵缝与半刚性路面反射型横缝，但从完好处位置钻芯发现有路面内部结构松散情况。故采用三维探地雷达对广深高速内部病害进行了检测，并通过钻芯验证了探地雷达的精度，并结合其他检测指标多元化分析与评价[4]。

2.2 检测结果统计

根据路面内部病害特征信号的桩号、层位、面积、体积以及宽度等推算病害相关信息，得到的路面内部破损状况调查成果包括路面内部沉陷位置、最大高程差及面积，一般横向裂缝位置及长度，纵向裂缝位置长度，脱空区域位置及脱空面积，贯穿裂缝位置及长度[6]。病害位置包括病害所属段落及所处层位两个信息，检测结果如表1所示。

为了解探地雷达图像能否较为准确地识别出路面内部病害状况，选择在裂缝和松散的位置进行钻芯验证，如图1所示。

从芯样裂缝和松散的状态可知其与图像基本一致，两处雷达图像能够较为准确地反映路面内部病害状况。

3 结果分析及处治建议

病害的出现不会是单一现象，是各种因素综合的结果。将重点病害划分段落后，交叉比对弯沉值、反算模量、钻芯取样、室内试验、地质条件、养护历史几个方面数据，分析病害机理及提出处治建议。

3.1 结果分析

3.1.1 病害与路表弯沉

右幅病害处（沥青层+水稳层）的弯沉值比全线要小，左幅病害处的弯沉比全线大1～4.4（0.01 mm），分析原因主要与样本段落有关，由于右幅病害相对于左幅较少，导致线性关系不明显，且右幅仅为9个样本段落，左幅为44个样本段落，或中心弯沉检测部位与内部缺陷实际位置有相对误差，典型病害段与全线路表弯沉值对比见表2、图2。

3.1.2 病害与地质条件

沥青层纵向裂缝（长度大于10 m）位于填方路段共2处，挖方路段共4处，半填半挖共1处;水稳层纵向裂缝（长度大于10 m）位于填方路段共9处，挖方路段共8处，半填半挖共5处;所有纵向裂缝（长度大于10 m）位于填方路段共11处，挖方路段共12处，半填半挖共6处。根据纵向裂缝分布情况，检测区域内纵向裂缝并无明显分布规律，且分布区域均为非软基路段。通过趋势性分析，纵向裂缝长度与填挖方深度无明显线性关系。

沥青层裂缝率>10 m/100 m2的区域位于填方路段共4处，挖方路段共1处，半填半挖共0处;水稳层裂缝率>10 m/100 m2的区域位于填方路段共6处，挖方路段共12处，半填半挖共2处。土基类型对水稳层影响最为直接，根据水稳层裂缝率统计情况，检测区域内挖方路段水稳层裂缝率>10 m/100 m2的区域较多，填方路段相对较少。裂缝率>10 m/100 m2的区域均为非软基路段。

可见病害分布较均匀，且检测范围不含软基段，裂缝与填挖方深度无明显线性关系[7]。

3.1.3 病害与养护历史

总计53个病害段落，其中12个段落进行过铣刨重铺处理，占比22.6%，距离最远养护时间为2010年，最近养护时间为2015年，多为沥青层处治并未涉及水稳层，12个段落中11个为水稳层损坏，占比91.6%。可见未养护过或养护深度不够路段病害显著。

3.1.4 病害与结构层模量

路面内部缺陷发生在沥青层位样本为9个，水稳层位样本为44个。沥青层位病害处模量较非病害处模量变化较小，异常点位1处（反算弯沉盆模量异常，或由于结构损坏原因），模量差值比在22%;水稳层位变化较大，异常点位22处，病害处较非病害处模量差值比达44%～62%，因为沥青层位常年进行养护处理，病害较少，而水稳层位年久失修，强度早已衰减，相对病害较多，典型病害段与非病害处模量对比见表3、图3。

3.1.5 芯样与结构层模量

共计钻芯数量40个，沥青面层病害4个（非表面病害，为钻芯后发现芯样内部开裂），上基层病害4处，下基层病害5处，底基层（水稳层）病害或由于病害导致未取出16处，沥青面层病害处模量为3 256 MPa，低于平均水平19%（平均水平为4 019 MPa），底基层病害处（水稳层）模量为517 MPa，低于平均水平67%（平均水平为1 567 MPa）。

3.2 病害发生机理

3.2.1 自然因素

（1）水泥胶结材料导致干缩、温缩裂缝，从而造成反射（水稳无侧限强度高）。

（2）温度梯度导致的应力集中造成开裂。

（3）层间粘结差（完好处芯样工点发现内部破坏）。

（4）水环境影响。

3.2.2 人为因素

（1）交通量大（广深为四级服务水平，局部为五级）。

（2）养护深度不到位（2007—2019年40%段落经过铣刨重铺，但未处理水稳结构层，这是水稳层病害高于沥青层的原因之一）。

3.3 处治建议

3.3.1 脱空、松散、沉降

上行行车道3，2处脱空面积超过1 m2，下行脱空主