尹付州

(新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，新疆烏魯木齊 830006)

探地雷達是利用高頻電磁脈沖的反射來探測目的體的一種簡便、快捷的電磁探測方法。探地雷達系統(tǒng)由一體化主機、天線及控制電纜組成。雷達檢測時，向地下介質(zhì)發(fā)射一定強度的高頻電磁脈沖(幾十兆赫茲至上千兆赫茲)，不同頻率的天線探測能力不同，頻率越高，探測深度越大，精確度越高。當電磁脈沖遇到不同電性介質(zhì)的分界面或介質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時就會出現(xiàn)電磁波的強反射現(xiàn)象。電磁波在不同性質(zhì)的介質(zhì)中的傳播速度不同，探地雷達接收并記錄這些信號，再通過進一步的信號處理和解釋即可了解地下介質(zhì)的情況。目前，探地雷達方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多種勘察行業(yè)中，可應(yīng)用于探測地下洞穴、劃分地層結(jié)構(gòu)、混凝土質(zhì)量檢測、路面質(zhì)量檢測等方面，本文以小草湖—烏魯木齊高速公路路面檢測工程來介紹探地雷達在路面檢測中的應(yīng)用。

1 工程概況

依據(jù)國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃，小草湖—烏魯木齊高速公路將由現(xiàn)在的雙向四車道規(guī)劃為雙向八車道，為了評價現(xiàn)有路基路面狀況以及在規(guī)劃方案中的可利用程度，須對其質(zhì)量進行檢測。主要檢測瀝青面層、水穩(wěn)層的厚度，以及瀝青面層、水穩(wěn)層、上部路基的病害?，F(xiàn)有公路路基由于含水量過高、承載力不足、壓實度達不到要求等原因，會產(chǎn)生沉陷，形成空洞、暗穴等現(xiàn)象;瀝青面層、水泥穩(wěn)定碎石層在荷載的反復作用、自然風化因素的影響下，會逐漸出現(xiàn)損壞，形成路面沉陷、車轍推移、開裂、破碎等現(xiàn)象。

2 雷達檢測

本次檢測共在兩側(cè)硬路肩、行車道、超車道等三部位沿縱向布置六條測線，其中行車道、超車道檢測里程為K3467+000～K3584+000，硬路肩檢測里程為K3471+000～K3584+000，測線總長度達694 km。現(xiàn)場檢測采用青島電波所生產(chǎn)的LTD-2100探地雷達和GC900 MHz地面耦合式一體化天線進行。雷達檢測時，天線放置于測量小車中，保持天線與瀝青層表面極近距離，由雷達主機發(fā)射雷達脈沖，進行快速連續(xù)采集。為保證測線長度及里程的準確性，使用測量輪觸發(fā)采集數(shù)據(jù)，并依據(jù)公路里程標每1 km存儲為一個脈沖數(shù)據(jù)文件。

3 數(shù)據(jù)處理

將野外采集的探地雷達數(shù)據(jù)傳輸至計算機中，首先進行預處理，即定標點的編輯、文件頭參數(shù)設(shè)定及距離均一化。編輯文件頭，設(shè)定適當?shù)膮?shù)，并進行距離均一化。

經(jīng)過預處理后，要進行一系列的振幅譜分析、功率譜分析、相位譜分析等數(shù)字化信號處理，以及零線設(shè)定、背景去噪、增益、譜值平衡、濾波、希爾伯特變換、反褶積等常規(guī)信號處理。

經(jīng)過信號處理后，可以有效地壓制干擾信號的能量，提高雷達信號的信噪比，將異常突出化，使雷達圖像更易于識別地質(zhì)信息，清晰的反映地質(zhì)現(xiàn)象，從而提供更準確的解釋結(jié)果。

探地雷達圖像的分析有定性和定量兩種，定性分析主要在對病害范圍規(guī)模的判斷上，定量分析主要在各層厚度的判定上，各層厚度的判定主要是界面的追蹤及電磁波的速度的確定。

表1 病害段落統(tǒng)計表

4 成果分析

通過對探地雷達的成果分析、解譯，沿線各車道的瀝青面層完整、均勻度較好，厚度在13 cm～15 cm之間。

水泥穩(wěn)定碎石層厚度在26 cm～32 cm之間，部分段落的水泥穩(wěn)定碎石層存在破碎、沉降現(xiàn)象，見圖1及表1。

從表1可以看出，各車道間的病害段落對應(yīng)較一致，病害較集中，病害機理一致，應(yīng)為施工壓實不均，車輛荷載碾壓而形成。

5 結(jié)語

1)本次探地雷達的路基路面檢測，達到了預定的效果，查明了瀝青面層、水泥穩(wěn)定碎石層的分層厚度以及病害段落分布，為小草湖—烏魯木齊高速公路升級規(guī)劃提供了必要的前期資料。

2)由于探地雷達為物理無損檢測技術(shù)，是一種電子信號，并不能直觀地反映出被探測體的真實物理特征，需要對其檢測結(jié)果進行驗證，以指導后期的更加詳實的數(shù)據(jù)處理與解釋。

［1］曾昭發(fā).探地雷達原理與應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2010.

［2］姚祖康.公路設(shè)計手冊:路面［M］.第3版.北京:人民交通出版社，2006.