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        淺談地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在公路路面檢測中的應(yīng)用

        2015-03-21 06:46:47周祖德
        黑龍江交通科技 2015年6期
        關(guān)鍵詞:剖面介質(zhì)波形

        周祖德

        (貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測中心有限責(zé)任公司)

        1 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的檢測原理

        地質(zhì)雷達(dá)與探空雷達(dá)的檢測原理大致相同,使用高頻電磁波f 主頻為數(shù)十?dāng)?shù)百乃至數(shù)千兆赫)以寬頻帶短脈沖的方式,從地面進(jìn)行發(fā)射天線fr)向地下輻射,當(dāng)它遇到地下介質(zhì)或者介質(zhì)分界面時發(fā)生反射,并返回發(fā)射器,被專門接收信息的接收天線(R)接收,被計(jì)算機(jī)記錄下來,經(jīng)過信息整理之后形成雷達(dá)剖面圖。因?yàn)殡姶挪ㄔ诮橘|(zhì)中運(yùn)動時,其傳播路徑、磁場強(qiáng)度以及電磁波的波形會受介質(zhì)的特點(diǎn)和幾何形態(tài)影響。所以在接收到的電磁波特點(diǎn)、傳播時間、幅度、頻率和波形等,必須進(jìn)行雷達(dá)圖像的整理,才能進(jìn)行確定公路的情況。雷達(dá)圖像剖面圖是通過脈沖反射波的波形形式展現(xiàn)的。其波形通過變面積形式進(jìn)行展現(xiàn),或者通過灰度或彩色剖面形式進(jìn)行展現(xiàn)。并通過同相軸或等灰線、等色線進(jìn)行表示反射面的情況。在波形記錄圖上根據(jù)各測點(diǎn)均以測線的鉛垂方向確定波形,即可形成完整的雷達(dá)成像剖面,使人們可以清楚地看到公路路面的損壞程度。

        2 地質(zhì)雷達(dá)在公路檢測中的應(yīng)用

        2.1 公路病害原因

        公路路基往往由于混凝土含水量過多、整體承載能力不高、混凝土內(nèi)外溫差過大,壓實(shí)度不足等缺陷,導(dǎo)致路基發(fā)生沉降,出現(xiàn)空洞、暗穴,甚至?xí)霈F(xiàn)滑坍等情況。路面在車輛超重的影響和風(fēng)霜雨雪的侵襲下,會逐漸降低公路的使用性能,出現(xiàn)公路路面沉降、車轍推移以及裂縫增多等現(xiàn)象。其次由于公路結(jié)構(gòu)層透水性不強(qiáng)引起路面集水,出現(xiàn)公路體軟弱等情況。公路損害的原因不是單一的,出現(xiàn)公路質(zhì)量不過關(guān),風(fēng)霜雨雪的侵襲過多以及人為因素等也會導(dǎo)致公路病害。路基存在問題與路面存在問題也不是單一的,是兩者相互作用、互相影響而形成的。所以在公路損害的檢測中,查清楚其發(fā)生原因是非常有必要的?,F(xiàn)在公路路面檢測方法有很多,但能準(zhǔn)確地檢測出公路損壞的原因的方法并不是很多,如果不能準(zhǔn)確地檢測出公路損害的根本原因,只能導(dǎo)致公路的后期維護(hù)沒有針對性、花費(fèi)了大量的人力物力之后也無法得到真正的解決。面對存在的問題,試驗(yàn)主要根據(jù)幾個公路的區(qū)段進(jìn)行檢測。這些區(qū)段的路面損傷嚴(yán)重,有凹凸不平、車轍推移、裂縫過多、公路沉降、橋頭跳車等情況。

        2.2 公路檢測公式

        (1)對天線頻率f 進(jìn)行計(jì)算

        標(biāo)注:公式中的X 是空間分辨率(m):δ 是介質(zhì)的相對介電常數(shù)。

        (2)對時窗(W)進(jìn)行計(jì)算,其計(jì)算公式為W = 1.3X(2dmax/V)

        標(biāo)注:公式中的d 是主要探測深度(m),本次試驗(yàn)取1.5 m,其中V 為介質(zhì)中電磁波的傳播速度(m /n s)。

        根據(jù)公路檢測的要求,選擇500 MHz 高頻屏蔽天線進(jìn)行試驗(yàn),采樣時窗選擇70 ns。試驗(yàn)主要根據(jù)幾個公路的區(qū)段進(jìn)行檢查,使用不同方法進(jìn)行檢查,并將其記錄下來,從而得出最終的檢測結(jié)果。

        2.3 公路檢測的方案

        (1)公路基層及路基損傷檢測。試驗(yàn)選擇基層及路基損壞嚴(yán)重的公路,對其進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的檢測,在雷達(dá)成像剖面中顯示,公路結(jié)構(gòu)層損傷顯示為界面凹凸不平,波型沒有規(guī)則,反射連續(xù)性比較差。試驗(yàn)中的公路基層反射波起伏不明顯,但反射連續(xù)性比較差。而路床反射波比較少,但反射起伏明顯,說明路基及基層已經(jīng)出現(xiàn)問題,路基損傷程度比較大。

        (2)公路路面脫空檢測。試驗(yàn)選擇公路路面已經(jīng)有損傷區(qū)域,雷達(dá)成像剖面中顯示該區(qū)域基層損傷比較大,而且墊層與路床界面出現(xiàn)凹凸不平的狀況,則表示基層、墊層內(nèi)部出現(xiàn)介質(zhì)橫向上的現(xiàn)象,并且損壞嚴(yán)重。對區(qū)域的結(jié)構(gòu)層進(jìn)行探析得出:面層底面反射時間2.95 ns,深度17 cm;反射波返回時間11.23 ns,深度75 era。在橋頭的20 m 范圍內(nèi),路面機(jī)構(gòu)中明顯有一軟弱夾層,導(dǎo)致路面出現(xiàn)空洞,在雷達(dá)成像剖面上表現(xiàn)為一夾層反射,其中中間為最厚,反射時間在2.25~5.75 ns 之間,厚度大約為5 cm,反射波對下基底界面反應(yīng)十分微弱,說明基層工程特性比較差。

        (3)公路路面裂紋檢測。裂縫在公路病害異常損壞的情況中比較常見。從雷達(dá)探測原理得出,反射波的頻率越高起伏越明顯,探測裂縫的深度越淺,公路探測情況的就越清晰;反之反射波的頻率越高起伏越不明顯,探測裂縫的深度越深,公路探測情況的就越模糊。雷達(dá)探測只能探測裂縫較淺的部分,較深的裂縫可以使用超聲波法進(jìn)行探測。較深的裂縫表現(xiàn)為向兩邊分散的有傾斜度的同相軸,裂縫較淺的雷達(dá)圖象異常與此相似,但波形起伏不大。

        (4)公路路面下沉檢測。路面沉降的原因是多方面的,其原因可能由于進(jìn)行公路施工時對混凝土的壓實(shí)程度不足、公路在使用過程中車輛的負(fù)載量過大以及路基強(qiáng)度與實(shí)際的承載不相符等,在在雷達(dá)成像剖面中顯示為同相軸不水平,并有一定的傾斜程度。

        (5)公路路面鋼筋網(wǎng)檢測。要探測公路路面鋼筋網(wǎng)的損壞情況時,可以使用雷達(dá)探測進(jìn)行探測。由于公路鋼筋對鐵磁性的物質(zhì)感應(yīng)特別敏感,所以運(yùn)用電磁波原理可以有效地檢查出公路路面鋼筋網(wǎng)的具體情況。電磁波檢查表現(xiàn)為同相軸有明顯的波峰突起,其圖象顯示跟鋼筋的損耗程度有關(guān),損耗程度輕時同相軸呈小弧行,損耗程度嚴(yán)重時則連成了一片。

        (6)公路路面密實(shí)度檢測。由于進(jìn)行公路施工時對公路的壓實(shí)程度不足、施工不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)痊F(xiàn)象,導(dǎo)致一些橋梁和公路存在一些不密實(shí)的區(qū)域。在區(qū)域內(nèi)介質(zhì)一般不夠均勻,與附近的介質(zhì)之間存在許多差異。所以在在雷達(dá)成像剖面中出現(xiàn)的波形沒有規(guī)則,與正常的公路雷達(dá)成像剖面比較,出現(xiàn)層狀波形少以及規(guī)則的波形較少,與公路出現(xiàn)空洞的情況相比,多次波相對也比較少。

        3 結(jié) 語

        地質(zhì)雷達(dá)檢測是一種新型的探測技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)主要應(yīng)用于公路損壞情況的檢測,具有采集數(shù)據(jù)比較多、采樣點(diǎn)距選擇靈活、檢測時間較短、檢測比較廣以及檢測結(jié)果比較準(zhǔn)確等優(yōu)勢。

        [1]李華,張慶旺.淺談地質(zhì)雷達(dá)在公路工程質(zhì)量檢測中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息,2011,(26):12-56.

        [2]王先桃,包太.地質(zhì)雷達(dá)在某公路路面檢測中的應(yīng)用[J].貴州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2010,(3):45-68.

        [3]崔玉超,牛學(xué)超,竇波洋.地質(zhì)雷達(dá)在道路路面檢測中的應(yīng)用[J].華東公路,2013,(2):13-17.

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