許佳昕,魏憲發(fā)

(1.黑龍江省哈雙高速公路管理處;2.黑龍江省交通科學(xué)研究所)

隨著我國(guó)高等級(jí)公路建設(shè)的迅速發(fā)展,路面在公路投資方面所占的份額越來越大,路面的質(zhì)量好壞與使用效果直接影響著公路的整體質(zhì)量、使用壽命,也直接影響著公路的投資效益和公路質(zhì)量形象,因此對(duì)路面施工質(zhì)量的檢測(cè)有著重大意義。傳統(tǒng)的公路質(zhì)量檢測(cè)手段是:按 200～500m間距每車道 1點(diǎn),采用鉆孔取芯或挖驗(yàn)來測(cè)定厚度值,然后以代表值和單個(gè)測(cè)定值的允許偏差進(jìn)行評(píng)定。這種常規(guī)方法存在明顯的局限性:(1)被測(cè)點(diǎn)是隨機(jī)選擇的,其檢測(cè)結(jié)果往往缺乏代表性;(2)由于檢測(cè)點(diǎn)的密度稀,極易漏檢,給后續(xù)工程工作留下隱患;(3)在道路投入使用后的日常維護(hù)管理中對(duì)道路內(nèi)部存在的隱性災(zāi)害,如路面下的空洞、脫空等卻無有效的檢測(cè)手段,難以做到防患于未然。隨著電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)以及計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)的應(yīng)用,地質(zhì)雷達(dá)作為一種無損檢測(cè)的手段被物探工作者引入到道路工程特別是路面厚度的檢測(cè)中。

1 地質(zhì)雷達(dá)的基本原理與工作方法

地質(zhì)雷達(dá)的工作原理就是利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的形式,由地表通過發(fā)射天線向地層發(fā)射電磁波,當(dāng)電磁波在地層中傳播時(shí),遇到具有電性、物性差異的介質(zhì)(如空洞、分界面等)時(shí)便會(huì)形成反射界面而發(fā)生反射,電磁波反射回地面由接收天線接收,根據(jù)電磁波的傳播時(shí)間、波形特征可以確定地層中介質(zhì)的空間位置、幾何形態(tài)等,如圖 1所示。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)工作原理圖

2 工程示例概況及檢測(cè)項(xiàng)目

哈五公路改擴(kuò)建工程由拉林至省界,全長(zhǎng) 82km,一級(jí)公路,大部分路段由原二級(jí)公路擴(kuò)建而成,路面采用瀝青路面,基層為水泥穩(wěn)定碎石。為了保證施工質(zhì)量,提高公路服務(wù)水平,該工程采用雷達(dá)跟蹤監(jiān)測(cè)路面施工厚度。本次測(cè)試使用美國(guó)勞雷公司研制生產(chǎn)的GSSI系列SIR-20型地質(zhì)雷達(dá)。勞雷公司生產(chǎn)的雷達(dá)作為世界上最廣泛應(yīng)用于道路檢測(cè)的雷達(dá)設(shè)備,具有測(cè)試精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)和結(jié)果處理便捷等優(yōu)點(diǎn)。

可以看出,白色縱向直線為地面線,是路面與空氣的分界面,而藍(lán)色為路面面層與基層的分界面。

地質(zhì)雷達(dá)沿測(cè)試位置測(cè)完以后,在對(duì)應(yīng)樁號(hào)位置進(jìn)行取芯,由于路面結(jié)構(gòu)材料的差異,由系統(tǒng)自動(dòng)給出的拾取速度不一定能反映完全真實(shí)的拾取速度,打開深度信息窗口,通過現(xiàn)場(chǎng)鉆取芯樣的厚度來確定拾取速度,一般取 3個(gè)以上芯樣的反算速度均值作為整個(gè)文件的拾取速度。取芯原則為面層與基層的分界面的平滑位置,這樣可以避免因樁號(hào)偏差所產(chǎn)生的厚度偏差。

依據(jù)所取芯樣厚度可以計(jì)算出雷達(dá)波在瀝青面層的拾取速度,再利用雷達(dá)配套的分析軟件RADAN6.5對(duì)采集文件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,可以都到路線測(cè)試位置的連續(xù)厚度數(shù)據(jù)。在室內(nèi)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)處理與分析,以每公里為評(píng)價(jià)單位,參照交通部頒《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTJ071一 94)給出該段的各點(diǎn)的面層的厚度值、偏差、相對(duì)誤差、合格與否。整體評(píng)價(jià)以每公里為一個(gè)評(píng)價(jià)單位。檢測(cè)結(jié)果以二種方式給出,即每公里的各測(cè)點(diǎn)結(jié)果及公里段的平均結(jié)果。路面結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果表中每隔 10m給一個(gè)樣本厚度,每公里取 100個(gè)點(diǎn)參與評(píng)價(jià)該公里的質(zhì)量,給出該公里的平均厚度、均方差、厚度代表值以及該段是否合格,每個(gè)單點(diǎn)是否合格。

計(jì)算公式如下:

式中:χ1為厚度代表值為厚度平均值;s為標(biāo)準(zhǔn)差;n為檢查數(shù)量;ta為t分布系數(shù)。

檢測(cè)結(jié)果以每公里為單位,在結(jié)果圖中分別給出每公里內(nèi)實(shí)測(cè)厚度變化曲線。縱坐標(biāo)為厚度,橫坐標(biāo)為測(cè)量坐標(biāo)。實(shí)際里程樁應(yīng)根據(jù)橋位坐標(biāo)計(jì)算。直線為路表面,虛線為設(shè)計(jì)值,曲線為實(shí)測(cè)厚度變化曲線。另外給出每公里的實(shí)測(cè)厚度匯總表格并按每公里對(duì)路面的平均厚度、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、厚度代表值、最小厚度進(jìn)行了計(jì)算。

3 結(jié) 語

地質(zhì)雷達(dá)作為一種新技術(shù),因其高效、無損、費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn),在公路建設(shè)、維護(hù)中正被大量應(yīng)用,取得了良好效果。但同時(shí)作為新技術(shù),也有其缺陷。雷達(dá)發(fā)射的電磁波的能量在地層中衰減的很快,探測(cè)深度有時(shí)不夠理想。另外利用地質(zhì)雷達(dá)較難確定地下目標(biāo)體的橫向尺寸,例如管徑的大小;較小的地下空洞(溝)的寬度。

對(duì)地質(zhì)雷達(dá)開發(fā)利用的重點(diǎn)應(yīng)放在數(shù)據(jù)處理和資料解釋上,一方面開發(fā)更先進(jìn)的處理軟件,能確定目標(biāo)體的尺寸、規(guī)模,能識(shí)別各類目標(biāo)體的性質(zhì)。另一方面要不斷積累經(jīng)驗(yàn),同時(shí)采用多種探測(cè)手段,將不同探測(cè)方法的結(jié)果進(jìn)行比較、分析、綜合,提高對(duì)雷達(dá)圖像的解釋能力。

[1] 謝雄耀,李永盛等 .地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)在保護(hù)性建筑結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),2002.

[2] 楊立新.雷達(dá)在檢測(cè)路面厚度中的應(yīng)用[J].湖南交通科技, 2001,(3).

[3] 戴前偉,呂紹林.地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用條件探討[J].物探與化探, 2000,(4).

[4] 郭有勁.地質(zhì)雷達(dá)在鐵路隧道襯砌質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2002,(6).