探地雷达在道路病害检测中的应用

探地雷达在道路病害检测中的应用

孙明国

孙明国

北京勘察技术工程有限公司北京100193

摘要：道路病害检测是道路维修和养护的重要依据。虽然常规的钻芯取样法可以达到路面检测的目的，但是这种方法检测结果不全面且对路面破坏较大。探地雷达作为一种高效的无损检测技术，为道路病害的无损检测提供了可能性。基于此，本文就对探地雷达在道路病害检测中的应用做出具体的分析和探讨。

关键词：道路工程；路面病害检测；沥青路面；探地雷达

随着我国道路建设的蓬勃发展，如今道路建设越来越多。然而，道路的养护及检修技术仍然存在一些问题，已建道路质量如何保障和检测仍然需要更加深入地探究和探讨。探地雷达是近几十年发展起来的一种探测地下目标的有效手段，是一种无损探测技术，与其他常规的地下探测方法相比，具有探测速度快、探测过程连续、分辨率高、操作方便灵活、探测费用低等优点，如今在道路检测中运用非常的广泛。

1概念的界定

1.1探地雷达的应用原理

探地雷达是一种利用宽带高频电磁波信号在不同介质中速度特性不同进行路面结构隐性病害方法。它是利用集成天线在路表面匀速运动中不断向地下发射并接收高频电磁波的方式获得断面的检测图谱。根据电磁波在不同介质间界面通过时会发生反射、透射和折射的特性来研究介质分布的情况。在检测过程中，雷达天线所接收的反射电磁波能量大小与不同介质间的介电常数差异呈正比，差异越大，其能量越高；与发射天线集成在一起同步的反射天线接收到反射的电磁波后经过雷达主机准确记录并进行数据处理转换形成扫描测线的雷达图谱，反映地下结构状况。综上探地雷达具有以下优点：可实现无损检测；可对整条路线进行全断面，全深度检测；路面缺陷位置可精确定位；检测方便快捷。可用探地雷达探测出路面及地基中填料压实厚度以及空洞、疏松、脱空等缺陷的位置、深度和影响范围。探测物体过程中，探地雷达通过发射并收回宽带高频时域电磁脉冲波来表征。探地雷达数据检测系统检测过程中记录电磁波发射和接受时间，其在介质中传播时间即为两者时间差，再通过电磁波在介质中标定的传播速度计算介质厚度。道路内部产生缺陷及厚度不均匀导致了电磁波在介质中传播时间不同，原始检测数据经过数据处理最终呈现在雷达检测图谱中。

1.2探地雷达的特点

探地雷达技术主要有四个特点。首先，其适应性强，利用无损检测技术，地质雷达可以安全地应用于城市或者施工现场的工程场地，工作条件较为宽松。二是抗干扰能力强，抗电磁干扰能力强，能在城市各种噪声环境中工作，受环境影响小。三，定位快速准确。它具有更为良好的检测深度和分辨率，并可直接提供实时剖面图，图像清晰直观。四，灵活便携。它使用便携式计算机控制数据的采集、记录、存储和处理，便于携带。

2常见路面病害的类型及其探地雷达图像特征

2.1反射裂缝

道路反射裂缝以竖向裂缝为主，依据电磁波的垂直叠加原理，在探地雷达图像中反射裂缝会形成特殊的垂直特征信号。道路路面反射裂缝范围内主要成分是水和空气，水、空气、土体三者的介电常数差异较大，造成了图像中形状变异。反射裂缝在探地雷达图像特征是垂直的异形波，异形波两侧基本对称。

2.2路面不均匀

道路路面不均匀主要是由于施工过程工艺不达标导致的路面材料离析、孔隙率过大等现象。在路面不均匀区域，路面材料的含水率和空气含量比均匀路面区域高，这使得两个区域的介电常数存在显著差异，进而导致路面不均匀部分的探地雷达图像特征与正常路面区域有显著差别。在路面不均匀区域存在显著高频电波扰动，这种电波扰动可以作为判定路面沉降病害的依据。

2.3沉陷

路面沉降是路面结构在竖直方向上有明显的位移，路面的变形主要是路基结构压缩和位移引起的，进而引起路面结构的沉陷。在路基路面沉陷区域的介电常数和正常路基路面区域的介电常数存在差异，这种差异会导致路面沉陷区域和正常路面区域的探地雷达图像存在区别。在沉陷区域和正常区域的交界处存在显著的高频电波扰动，这种电波扰动可作为判定路面沉降病害的依据。

3探地雷达在道路病害检测中的应用

3.1工程概况

以某市的城市主干路为例，该路段设计车速80km/h，4幅路形式，中间2幅路宽2x18.5m，中央分隔带宽2.5m，两侧分隔带宽4.0~5.5m，两侧辅路宽7.0~10.5m，人行步道宽3.0m。该道路位于北京四环路与规划张新路交叉口处，沿规划张新路南北向设置于四环路南侧，为地下双层明挖岛式车站。车站起点里程为SK26+475.356，终点里程为SK26+697.400，有效站台中心里程为SK26+620.600，车站总长222m，平均覆土厚度约4.4m。车站主体采用明挖法施工，基坑深度约21m，采用钻孔灌注桩+内支撑支护。车站南北两端区间均接盾构区间。区间隧道设计起点里程为SK26+697.400，设计终点里程为SK28+291.490，区间总长1594.090m。在SK27+200.000处设区间联络通道1座，在SK27+705.700处设区间联络通道及废水泵房1座。该区间拟采用盾构法+矿山法施工。从里程SK26+708.000开始，盾构向北掘进与南四环路相交，竖向交角为11°，平而交角为84°。区间在南四环路下方掘进约100m，从里程SK26+808.000穿出。隧道顶部到南四环路路而的最小垂直距离为14.42m，该段位于盾构隧道的直线段范围内。

3.2检测方法

为了全面了解检测范围内道路当前的工作状况，对道路的使用状态做出客观、合理的评价，我们必须采用科学的检测方法，以保障结果的准确性。

3.2.1路面下方土体密实性检测

本路段采用劳雷SIR-30E地质雷达对路面以下5m范围内的土体密实情况进行探测，探测原理如图1所示。

图1路面下方土体密实度探测原理示意图

3.2.2测线布置

检测范围内每条车道布置1条雷达测线，遇到可疑区，加密网格测线。四环路主路共布置8条雷达测线，辅路共布置6条雷达测线，总长2324m。雷达测线采用100MHz和400MHz天线各测1次。

图2主路地质雷达图像

图3铺路地质雷达图像

（下转第404页）3.3检测结果

该次雷达检测探测有效深度为0~5m，主、辅路地质雷达图像如图2，3所示。通过对道路地质雷达图像进行分析可以看出，检测范围内四环路道路路基内部均匀、连续，无明显的脱空、空洞现象，无明显的相对不密实迹象。若条件允许的情况下，可进一步对路基进行勘探、钻探检测，然后与地质雷达检测结果进行对比，以验证地质雷达检测结果的可靠性。

结束语：

通过对探地雷达检测结果进行对比分析，表明探地雷达技术具有速度快、精度高、无破损、操作简便的优点。由于道路周围环境及路面下地层物理参数的差异，建议今后在道路检测实际工程中，对地质雷达检测结果辅以必要的勘探、钻探检测，以确保道路检测结果的可靠性、准确性。

参考文献：

[1]李东海.基于探地雷达技术的道路检测探究及应用[J].市政技术，2018736（01）：20-22.

[2]银卓.探地雷达在道路检测技术中的应用性研究[D].长沙理工大学，2015.