陳勇雄

(廣州市市政工程維修處,廣東 廣州 510250)

城市道路隱蔽病害引發(fā)的道路塌陷事故已經(jīng)成為困擾當(dāng)前市政設(shè)施管理的緊要問題。按時(shí)按規(guī)定對(duì)使用中的城市道路進(jìn)行檢測(cè)和鑒定,及時(shí)掌握城鎮(zhèn)道路的技術(shù)狀況,并應(yīng)采取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施,是保證道路設(shè)施的使用功能和服務(wù)水平的基礎(chǔ)和關(guān)鍵[1]。

1 城市道路隱蔽病害成因分析

城市道路隱蔽病害的主要類型包括松散病害、富水病害、脫空病害、空洞病害。城市道路隱蔽病害的形成過程是很復(fù)雜的,根據(jù)相關(guān)資料分析及工作實(shí)踐總結(jié),城市道路隱蔽病害的形成原因可概括為以下幾個(gè)方面：地質(zhì)結(jié)構(gòu)作用和地下水作用,長期振動(dòng)作用,地下人防工程的影響,基建施工的影響,地下管道施工尤其是管道非開挖施工,道路施工時(shí)各結(jié)構(gòu)層碾壓不實(shí),地下管道的破損及泄漏。

2 探地雷達(dá)

2.1 探測(cè)原理

探地雷達(dá)工作時(shí)向地下介質(zhì)發(fā)射一定強(qiáng)度的高頻電磁脈沖,高頻電磁波以寬頻帶脈沖形式,通過發(fā)射天線被定向送入地下,由接收天線所接收。高頻電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí),其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性特性及幾何形態(tài)而變化[2],故通過對(duì)時(shí)域波形的采集、處理和分析,可確定地下界面或地質(zhì)體的空間位置及結(jié)構(gòu)。相對(duì)于探地雷達(dá)所用的高頻電磁脈沖而言,工程勘探和檢測(cè)中所遇到常見的介質(zhì)都是以位移電流為主的損耗介質(zhì),在這類介質(zhì)中,反射系數(shù)和波速主要取決于介電常數(shù)。

電磁波由空氣進(jìn)入路面層,會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)反射(對(duì)應(yīng)地面,并且由于空氣中電磁波傳播速度較快,這時(shí)的地面對(duì)應(yīng)的是負(fù)相位)；同樣,當(dāng)電磁波由路面層傳播至基層,繼而由基層傳播到地基時(shí),如果交界處貼合不好,或存在空隙、空洞,亦會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)剖面相位和幅度發(fā)生變化,由此可確定路面厚度、發(fā)現(xiàn)道路病害情況。電磁波遇到以傳導(dǎo)電流為主的介質(zhì),比如檢測(cè)構(gòu)件中存在的鋼筋(金屬管道),會(huì)出現(xiàn)全反射,接收到的能量非常強(qiáng),在雷達(dá)剖面上顯示異常,以此可確定鋼筋(金屬管道)分布情況。

探地雷達(dá)系統(tǒng)可以檢測(cè)路面內(nèi)部是否有脫空(空洞)、松散不密實(shí)、鋼筋層位、地下是否存在管線及路基結(jié)構(gòu)層是否破碎沉降等情況,對(duì)道路路基病害情況進(jìn)行大排查,重點(diǎn)記錄病害缺陷的類型、范圍、分布特征和缺陷程度。

圖1 探地雷達(dá)檢測(cè)原理圖

2.2 數(shù)據(jù)處理與解釋

圖像處理包括消除隨機(jī)噪聲、壓制干擾,改善背景；進(jìn)行自動(dòng)時(shí)變?cè)鲆婊蚩刂圃鲆嬉匝a(bǔ)償介質(zhì)吸收和抑制雜波,進(jìn)行濾波處理除去高頻,突出目標(biāo)體,降低背景噪聲和余振影響。

圖像解釋和識(shí)別異常是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)積累的過程,一方面基于探地雷達(dá)圖像的正演結(jié)果,另一方面由工程實(shí)踐成果獲得。只有獲得高質(zhì)量的探地雷達(dá)圖像并能正確的判別異常,才能獲得可靠、準(zhǔn)確的探測(cè)解釋結(jié)果。

識(shí)別干擾波及目標(biāo)體的探地雷達(dá)圖像特征是進(jìn)行探地雷達(dá)圖像解釋的核心內(nèi)容。探地雷達(dá)在接收有效信號(hào)的同時(shí),也不可避免地接收到各種干擾信號(hào),產(chǎn)生干擾信號(hào)的原因很多,干擾波一般都有特殊形狀,在分析中要加以辨別和確認(rèn),識(shí)別雷達(dá)圖像的圖譜特征可實(shí)現(xiàn)道路隱蔽病害的評(píng)估[3]。

密實(shí)：界面反射信號(hào)幅值較弱,波形均勻,甚至沒有界面反射信號(hào)；

松散病害：界面反射信號(hào)為強(qiáng)反射,同相軸不連續(xù)、錯(cuò)斷、雜亂,一般區(qū)域化分布,不密實(shí)分為輕度不密實(shí)和重度不密實(shí)；

空洞病害：界面反射信號(hào)強(qiáng),呈典型的孤立體相位特征,通常為規(guī)整或不規(guī)整的雙曲線波形特征,三振相明顯,在其下部仍有強(qiáng)反射界面信號(hào),兩組信號(hào)時(shí)程差較大；

脫空病害：界面反射信號(hào)幅值較強(qiáng),多呈近似水平的帶狀分布,通常有多次反射信號(hào)。

富水病害：路基含水率增大,松軟,承載力不足。波組顯示主要為頂面反射波,由于電磁波的快速衰減,頂面以下反射較弱,頂面反射波與入射波同相,底面反射波與入射波反向。

地下管道：反射信號(hào)強(qiáng),圖像呈分散的月牙狀。

3 工程應(yīng)用

廣州市某城市快速路位于城際軌道工程在建路段,管養(yǎng)單位在日常養(yǎng)護(hù)及巡查過程中發(fā)現(xiàn)路面行車道出現(xiàn)多條縱向裂縫,且兩側(cè)行車道裂縫長度及寬度均較為嚴(yán)重,同時(shí)伴有輕微下沉現(xiàn)象。為掌握道路內(nèi)部質(zhì)量狀況及長期運(yùn)營的安全性能,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地條件和檢測(cè)方法的適用性,采用探地雷達(dá)無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)可疑區(qū)域進(jìn)行隱蔽病害檢測(cè)。由探地雷達(dá)圖像可知,該區(qū)域的道路結(jié)構(gòu)層出現(xiàn)富含水,松散不密實(shí),脫空等病害缺陷,建議對(duì)該路段存在缺陷的區(qū)域進(jìn)行高壓注漿處理,對(duì)路面開裂進(jìn)行灌縫修復(fù),防止雨水滲入導(dǎo)致路基進(jìn)一步松散、脫空下沉嚴(yán)重而造成安全隱患；加強(qiáng)對(duì)道路的日常巡查及養(yǎng)護(hù),如在巡查過程中發(fā)現(xiàn)路面有明顯下沉現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)進(jìn)行交通圍蔽和搶修處理。

圖2 探地雷達(dá)典型成果圖

4 結(jié)語

應(yīng)用探地雷達(dá)無損檢測(cè)技術(shù)可以對(duì)城市道路的隱蔽病害以及承載力做出科學(xué)全面的評(píng)價(jià),掌握道路的技術(shù)現(xiàn)狀并為采取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施保障城市道路設(shè)施安全和人民生命財(cái)產(chǎn)安全提供技術(shù)依據(jù)。利用探地雷達(dá)無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)城市道路進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定具有連續(xù)性好、速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn),具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。

[1]陳勇雄,鐘曉林.綜合法在道路水損情況檢測(cè)中的應(yīng)用[J].廣州建筑,2014(02)：42-44．

[2]張孝勝.淺談探地雷達(dá)在公路檢測(cè)中的應(yīng)用[J].江西建材,2015(18)：156-157．

[3]施愛麗.探地雷達(dá)無損檢測(cè)技術(shù)及其在高速公路的應(yīng)用探討[J].江西建材,2014(09)：148．