史建明

（中交一公局海外東非分公司，北京100024）

1 引言

公路工程在建設(shè)過程中及后期運營階段，應(yīng)當(dāng)對路基的質(zhì)量展開全面的監(jiān)檢測管理，從而滿足公路交通運輸?shù)男枨?，并提高公路的服?wù)質(zhì)量。近年來，檢測技術(shù)的飛速發(fā)展為公路工程的質(zhì)量監(jiān)測提供了很高的便利性、經(jīng)濟效益等。在公路施工過程中，路基厚度會影響到路基的壓實度、工后沉降等參數(shù)。與此同時，由于施工工藝和填筑材料性能的差異性，路基厚度很難恰好達到設(shè)計的要求值。傳統(tǒng)的路基施工厚度無損檢測方法是對每個施工環(huán)節(jié)的路基分層壓實度進行檢測，而且往往是采用隨機選點的方式開展的，并將現(xiàn)場鉆探取樣與室內(nèi)分析結(jié)合起來分析。但是，這樣會對路基的正常施工產(chǎn)生一定程度的干擾，且需要進行大量重復(fù)的檢測試驗，對施工影響大，整體效率低【1】。目前，在進行國內(nèi)外路基厚度檢測時，選擇便利、高精度的檢測技術(shù)就成了主要趨勢。其中，應(yīng)用最為廣泛的就是無損檢測技術(shù)。因此，研究無損檢測技術(shù)在公路路基施工厚度中的應(yīng)用意義重大，這不僅能更好地確保公路路基的施工質(zhì)量，還可以提高公路工程的整體建設(shè)水平，為類似公路路基厚度施工檢測提供科學(xué)的指導(dǎo)。

2 聲波探測法在路基施工厚度檢測中的應(yīng)用

2.1 工作原理

目前，聲波探測法是應(yīng)用于橋梁樁基礎(chǔ)施工過程中的完整性檢測，但其用于路基施工厚度的檢測時效果也較好【2】。聲波探測法的基本原理是：將一對一發(fā)雙收式或自發(fā)自收式的換能器放置在待測的路基中，換能器會發(fā)射出聲波。如果聲波的入射角等于第一臨界角，則聲波在被測物體中的折射角度為90°。此時聲波會沿著鉆孔不斷滑行，最終聲波又折射回鉆孔中由換能器接收，由此可以計算得出路基的厚度。計算公式如下：

式中，t1、t2分別為聲波傳到2 個換能器的時間，s；ΔVP是聲波在孔壁的傳播速度，m/s；ΔL為待測路基的施工厚度。

2.2 實施方法

使用聲波探測法測定路基厚度時，需要準備的儀器有聲波檢測儀、換能器、計算機等【3】。具體實施方法如下：（1）使用鉆孔設(shè)備在路基上鉆出孔徑稍大于聲測管的孔，并在孔中布置聲測管；（2）向孔中注入清水，并采用鋼筋插入孔中檢查孔的通暢性；（3）將一對自發(fā)自收式換能器放到聲測管的內(nèi)部，并將換能器自鉆孔底部拉出，從而得到各土層的測試信號；（4）將測試數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機，并采用專門的軟件進行分析，從而準確地計算出路基的厚度。

3 探地雷達法在路基施工厚度檢測中的應(yīng)用

3.1 工作原理

地質(zhì)雷達法是一種地下甚高頻～微波段電磁波反射探測法。地質(zhì)雷達的探測原理是：發(fā)射器通過發(fā)射天線向地下定向發(fā)射電磁波，電磁波在傳播的路徑中當(dāng)遇到有電性（介電常數(shù)和電導(dǎo)率）差異的界面時即發(fā)生反射，反射波由接收器接收，在時域上得到反射回波及其往返旅行時間，并首先沿2 天線所在表面形成直達波被最先接收到，作為系統(tǒng)起始零點，取反射波往返時間的一半，乘以相應(yīng)介質(zhì)的雷達波速度便得出反射目標所在深度，再根據(jù)反射波的形狀、幅度及其在橫向和縱向上的組合特征和變化情況進行目標識別，如圖1 所示。因此，如果路基與地基間的土質(zhì)存在較大的差異性，則二者交界面處的介電常數(shù)也不同（如黏土層與軟土層的介電常數(shù)分別為7～8 和25～35，2 土層之間存在著明顯的電性差異），這就使得地質(zhì)雷達發(fā)出的電磁波出現(xiàn)折射和反射現(xiàn)象，然后，再依據(jù)電磁波的傳播時間就可以得到路基的實際施工厚度【4】。

3.2 實施方法

使用地質(zhì)雷達測定路基施工厚度的內(nèi)容主要包括現(xiàn)場測試和數(shù)據(jù)處理，具體要求如下所示。

圖1 探地雷達測試路基厚度原理

3.2.1 現(xiàn)場測試現(xiàn)場測試的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是天線頻率的選擇和測線的布置。地質(zhì)雷達天線頻率的選擇要考慮2 個方面的因素【5】：（1）路基的大概厚度。地質(zhì)雷達天線的頻率與其分辨率、探測深度密切相關(guān)，即天線頻率越高，分辨率越低，地質(zhì)雷達的探測深度越淺。（2）路基土與地基土交界面的介電常數(shù)。介電常數(shù)會影響地質(zhì)雷達發(fā)出的電磁波的折射和反射，從而影響測試結(jié)果的準確性。一般介電常數(shù)可以通過在路基某處剖面上開挖測試得出。 地質(zhì)雷達天線的頻率確定之后，就要根據(jù)路基施工的實際情況來布設(shè)測點。測試斷面的選擇主要依據(jù)公路路基相關(guān)規(guī)范標準，測試操作嚴格遵循地質(zhì)雷達操作手冊。

3.2.2 數(shù)據(jù)處理

地質(zhì)雷達的數(shù)據(jù)可以采用IDSP 等軟件來進行處理，并借此分析得到需要的路基施工厚度值。地質(zhì)雷達的數(shù)據(jù)核心是如何分析脈沖波形圖。在分析波形圖時，首先要對現(xiàn)場測試的原始數(shù)據(jù)進行降噪處理，隨后通過調(diào)整增益大小來補償或抑制雜波的出現(xiàn)，最后使用濾波工具對數(shù)據(jù)中的高頻波突出顯示。在現(xiàn)場測試時，為了得到更多有效的電磁波信號，往往用寬頻采集，并在原始數(shù)據(jù)中記錄干擾波。與此同時，波形圖的處理還應(yīng)當(dāng)使用專門軟件基于時域和頻域來分析計算參數(shù)。

3.3 工程應(yīng)用

某公路在路基施工作業(yè)結(jié)束之后，為了驗證路基的填筑厚度是否滿足設(shè)計文件的要求，采用了探地雷達法來檢測路基的厚度?，F(xiàn)場試驗選擇的是SIR3000 雷達，測試天線的頻率選擇了400MHz，并每隔10m 布設(shè)了1 條測線。與此同時，在地質(zhì)不良地段對測線的間距進行了適當(dāng)?shù)募用?，最終得到了連續(xù)的測試信號，如圖2 所示。將測試數(shù)據(jù)進行處理之后，能夠得到波的傳播形態(tài)，并通過深度剖面得到路基的厚度。試驗結(jié)果表明：探地雷達法應(yīng)用于路基施工厚度檢測是可行的，且同一橫斷面厚度檢測結(jié)果的誤差僅在3%左右，滿足工程要求。

圖2 探地雷達測試數(shù)據(jù)處理結(jié)果

4 結(jié)語

本文深入探討了聲波探測法和地質(zhì)雷達法在公路路基施工厚度中的應(yīng)用，主要得到以下4 個方面的結(jié)論：

1）傳統(tǒng)的路基施工厚度無損檢測方法是對每個施工環(huán)節(jié)的路基分層壓實度進行檢測，會對路基的正常施工產(chǎn)生一定程度的干擾，且對施工影響大，整體效率低。

2）當(dāng)聲測管發(fā)射的聲波入射角等于第一臨界角，聲波會沿著鉆孔不斷滑行，并折射回鉆孔中由換能器接收，由此計算得出路基的厚度。

3）地質(zhì)雷達法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在進行天線頻率的選擇時要考慮路基的大概厚度、路基土與地基土交界面的介電常數(shù)2 大因素。

4）由于受到研發(fā)水平的限制，目前將無損檢測技術(shù)廣泛用于公路路基施工厚度過程中仍有一定的困難，但將無損檢測技術(shù)應(yīng)用于路基施工厚度中必將成為一種趨勢。