王濤 楊逍 龔源

摘 要： 探地雷達(dá)是基于現(xiàn)代科技而產(chǎn)生的一種地質(zhì)探測(cè)性技術(shù)，其由于能夠透過(guò)地表對(duì)地表深處情況進(jìn)行探測(cè)，所以也稱(chēng)透地雷達(dá)。該技術(shù)主要利用10.6-10.9Hz的無(wú)線(xiàn)電波進(jìn)行地下介質(zhì)的探測(cè)，所以其探測(cè)基本不會(huì)對(duì)地下介質(zhì)本身產(chǎn)生任何影響，屬于無(wú)損探測(cè)范疇。今天，探地雷達(dá)不僅以其現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域的最高成就應(yīng)用在儀器設(shè)備上，而且也廣泛的應(yīng)用到了其他領(lǐng)域。如現(xiàn)代城市發(fā)展下，市政工程中運(yùn)用探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)原理快速、高精度地反映工程的缺陷，以便及時(shí)修復(fù)并提高工程整體質(zhì)量與安全。本文就主要針對(duì)探地雷達(dá)在市政工程下方缺陷探測(cè)中的運(yùn)用展開(kāi)初淺探討。

關(guān)鍵詞： 探地雷達(dá);檢測(cè);公路

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU959 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.38.078

1 探地雷達(dá)概述

探地雷達(dá)是基于平面諧波在介質(zhì)中所呈現(xiàn)出的傳播規(guī)律而研發(fā)出來(lái)的。其在地面部分利用發(fā)射天線(xiàn)向地下發(fā)射高頻率電磁波，再利用接收電線(xiàn)接收反饋至地面的電磁波。因?yàn)殡姶挪ㄔ诘叵陆橘|(zhì)會(huì)因傳播頻率分量的不同而形成不同的相速傳播，所以傳播過(guò)程中必然產(chǎn)生信號(hào)波形的畸變。探地雷達(dá)最終結(jié)合接收天線(xiàn)接收到的電磁波的相關(guān)特征來(lái)進(jìn)行分析，就可以形成對(duì)地下介質(zhì)或目標(biāo)體情況的判斷，進(jìn)而掌握地下的具體情況。探地雷達(dá)通常采用高頻脈沖電磁波進(jìn)行探測(cè)，所遇的介質(zhì)一般可以簡(jiǎn)化為各向同性介質(zhì)，但有時(shí)也需要考慮各向異性的問(wèn)題。

探地雷達(dá)是一種高速，高分辨探測(cè)技術(shù)，可以對(duì)路面及地下目標(biāo)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)等，追趕著現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展步伐，探地雷達(dá)其精確確定缺陷區(qū)的形態(tài)位置、大小和深度，無(wú)損檢測(cè)操作方便、高速，節(jié)省勞力，不受周邊環(huán)境影響等特點(diǎn)正慢慢應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外的公路和城市道路中。

2 探地雷達(dá)的應(yīng)用范圍

我國(guó)高速公路的快速發(fā)展使得現(xiàn)代公路質(zhì)量檢測(cè)任務(wù)日益繁重，探地雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也日益凸顯。此外，已經(jīng)建成的公路后續(xù)維護(hù)工作、路況質(zhì)量安全保障工作等的工作量也再急劇加大，所以如何在不破壞路面原有結(jié)構(gòu)以及不影響車(chē)輛正常行駛的前提下，能夠更有效的對(duì)公路質(zhì)量進(jìn)行精準(zhǔn)控制就成為一個(gè)難題。而探地雷達(dá)也正是在解決這一難題的過(guò)程中被廣泛應(yīng)用的。

2.1 道路厚度檢測(cè)

實(shí)際工作中在道路質(zhì)量控制方面，道路面層厚度檢測(cè)無(wú)疑是無(wú)損檢測(cè)的最重要的一部分。一般道路路面厚度10至20厘米，高等級(jí)道路路面厚度20至30厘米，而機(jī)場(chǎng)跑道路面厚度約40厘米。以往所采用的鉆心取樣法實(shí)際應(yīng)用中會(huì)破壞原有的路面結(jié)構(gòu)，耗時(shí)耗量，具有盲目性，整體效率低，且在現(xiàn)今比較復(fù)雜的交通背景下形成的風(fēng)險(xiǎn)較大。因此探地雷所具有的較高垂直分辨率優(yōu)勢(shì)就可以在這一檢測(cè)領(lǐng)域得到充分發(fā)揮。通過(guò)對(duì)探底雷達(dá)測(cè)量道路面層厚度的原理的理論分析，它在工程質(zhì)量檢測(cè)中是具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)存在的。

2.2 道路測(cè)厚精確度的主要參量

近年來(lái)，人們對(duì)電磁波理論的掌握越發(fā)純熟，同時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展水平也越來(lái)越高，所以探地雷達(dá)在路面厚度監(jiān)測(cè)精度方面已經(jīng)基本滿(mǎn)足了相關(guān)要求。要達(dá)到探地雷達(dá)規(guī)定要求的精確度，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)操作正確、使用合理、分析全面，防止出現(xiàn)誤差。探地雷達(dá)實(shí)際檢測(cè)中，調(diào)整波形是首要任務(wù)，之后選擇好恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間、步長(zhǎng)，測(cè)電距等，以獲取最佳信息從中確定影響測(cè)量厚度的精確性的主要參量即底界面的回波、地面的零點(diǎn)和路面的介電常數(shù)。

2.3 路基和路面病害檢測(cè)

共同承擔(dān)車(chē)輛的荷載作用的是路面和路基，同時(shí)他們是公路上程的主要結(jié)構(gòu)物。公路一旦完工后將進(jìn)入應(yīng)用階段，因受自然條件和車(chē)輛荷載問(wèn)題影響會(huì)造成路基和路面不同程度的改變。如路基的不均勻沉降將進(jìn)一步引發(fā)路基內(nèi)部的空層、空洞、暗穴、滑塌等問(wèn)題，進(jìn)一步發(fā)展就將使路面產(chǎn)生裂縫。此外，因路基與路面受不同荷載、環(huán)境、材料組成、結(jié)構(gòu)組合、養(yǎng)護(hù)方法等的影響，其受損的類(lèi)型也是各不相同的?；居腥N類(lèi)型：裂縫類(lèi)（如橫向裂縫、橫向裂縫等）、變形類(lèi)（如推擠、擁包、車(chē)撤等）。上述種種病害都在極大程度上對(duì)路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響。

再者，因空氣中介質(zhì)電常數(shù)最小，所以電磁波在遇到空洞后其產(chǎn)生的反射也將顯著弱于基層材料。這種反射桑的差異可以在雷達(dá)波形圖中清晰呈現(xiàn)出來(lái)。通常情況下，路基含水量多的情況多出現(xiàn)在瀝青混凝土路面下，而空洞也主要存在于混凝土板塊下。探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用其中則可以及時(shí)把控路面實(shí)際損害程度和受損范圍。

3 探地雷達(dá)在市政工程下方缺陷探測(cè)中的應(yīng)用

路用探地雷達(dá)不僅能夠?qū)β访鎸雍穸冗M(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，還能夠有效的完成工程下方缺陷的詳細(xì)檢測(cè)，從而為市政工程的維護(hù)與保養(yǎng)提供便利，也為市政部門(mén)提供了一種關(guān)鍵的監(jiān)測(cè)技術(shù)。正是由于探地雷達(dá)本身所具備的無(wú)損、快速、連續(xù)、高精度、高分辨率、實(shí)時(shí)成像等特點(diǎn)，其己經(jīng)廣泛應(yīng)用到公路工程建設(shè)的全過(guò)程中，如在公路建設(shè)前期可以利用該雷達(dá)做好基礎(chǔ)性的探測(cè)工作，詳細(xì)了解地質(zhì)結(jié)構(gòu)和不良地質(zhì)體，并對(duì)其做好初步的梳理劃分;再比如在具體的施工過(guò)程中，可以運(yùn)用探地雷達(dá)來(lái)對(duì)其路面結(jié)構(gòu)層厚度進(jìn)行檢測(cè)與控制，以確保施工質(zhì)量;而在公路建成后的運(yùn)營(yíng)階段，則可以繼續(xù)應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行公路日常檢測(cè)，以便能夠提前發(fā)現(xiàn)各種隱患并為公路養(yǎng)護(hù)維修提出建議，從而保證市政工程養(yǎng)護(hù)維修的質(zhì)量。

在公路工程中，探地雷達(dá)最早只是被用于測(cè)量路面層厚，但在不斷發(fā)展過(guò)程中，該技術(shù)也日益成熟，其在公路質(zhì)量控制與下方缺陷探測(cè)中的運(yùn)用都取得極大突破，這完全仰仗于人們對(duì)地下介質(zhì)的電性以及波頻率研究的不斷深入。例如隨著導(dǎo)電率的上升，其穿透深度將不斷變小，隨著頻率的上升，其穿透深度也將變小，反之亦然。正是基于這一原理，探地雷達(dá)逐漸在當(dāng)前市政工程下方缺陷探測(cè)上的應(yīng)用逐漸增多。實(shí)踐中解決了市政工程建設(shè)與養(yǎng)護(hù)的許多難題。

4 結(jié)束語(yǔ)

在城市公共建設(shè)、地質(zhì)災(zāi)害防治及其它領(lǐng)域中，探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)作為高新檢測(cè)技術(shù)的作用日益顯著。它的特點(diǎn)突出如高效、無(wú)損、快速、連續(xù)，它的使用大大提高了公路建設(shè)過(guò)程中的檢測(cè)效率和精度，也為提高道路建設(shè)過(guò)程中的質(zhì)量提供了有力的監(jiān)督保障手段。隨著雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展及電磁波動(dòng)力學(xué)理論的進(jìn)一步完善，雷達(dá)技術(shù)在市政工程領(lǐng)域中將會(huì)具有其獨(dú)特的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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