郭克慧

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展動脈的道路建設(shè)也得到了迅猛發(fā)展。但配套的管理與維護(hù)沒有相應(yīng)地跟上，多地發(fā)生多起路面塌陷事件，嚴(yán)重影響了人民群眾生命財產(chǎn)安全和城市運行秩序，為道路安全問題敲響了警鐘。道路塌陷往往由脫空逐漸擴(kuò)大而引發(fā)，具有隱蔽性、突發(fā)性、危害性，成為城市治理的重點和難點。而傳統(tǒng)路基監(jiān)測手段已很難滿足大規(guī)模、高效率、高精度以及無損的道路養(yǎng)護(hù)監(jiān)測需求。三維探地雷達(dá)作為近幾年發(fā)展起來的無損探測技術(shù)，具有分辨率高、探測速度快、抗干擾能力強(qiáng)、異常定位準(zhǔn)確的特點，已被廣泛應(yīng)用于道路地下病害探測。三維探地雷達(dá)具有三維陣列天線排列、操作輕便高效、真三維數(shù)據(jù)體采集和更高分辨率等優(yōu)點，對空洞、脫空等道路病害體具有更高的測量精度和探測效果。因此，開展道路三維探地雷達(dá)檢測技術(shù)的研究，對探地雷達(dá)三維探測與解釋技術(shù)具有的重要的指導(dǎo)意義，

關(guān)鍵詞：市政道路;三維探地雷達(dá);檢測技術(shù)

引言

在近幾十年的發(fā)展歷程中，我國國內(nèi)的道路建設(shè)及其相關(guān)的事業(yè)，獲得了極為快速的發(fā)展，新型結(jié)構(gòu)，新型應(yīng)用材料，新型技術(shù)工藝層出不窮，但是在側(cè)重于集中力量投入發(fā)展建設(shè)的同一時間，當(dāng)前已經(jīng)檢測到的道路結(jié)構(gòu)的使用載荷也在日趨增長。一大批固有的橋梁和道路相繼的步入老化期，無用期。因而，為了可以確切的保障道路橋梁構(gòu)造的路線安穩(wěn)牢固的運營開展，有需求也有必要對道路檢測工程提出更高階段的規(guī)范和要求，道路檢測也會日趨重要。本文簡要的介紹三維探地雷達(dá)檢測技術(shù)的應(yīng)用，為供相關(guān)人員參考。

1、三維探地雷達(dá)系統(tǒng)工作原理

與其他類型的技術(shù)相比三維探地雷達(dá)的獨特性在于在開展工作的過程中能夠在很大程度上對路面形成保護(hù)，不會導(dǎo)致路面損傷現(xiàn)象的發(fā)生。探地雷達(dá)檢測法探地雷達(dá)檢測法是以某個不變的波速穿透被測量橋梁的表面，聲波以相對較短的脈沖持續(xù)不斷地傳播，被檢測物體表面結(jié)構(gòu)反射信號到檢測設(shè)備接收器，檢測設(shè)備根據(jù)所搜集信息的不同信號對應(yīng)不同介電常數(shù)，連續(xù)檢測信號振幅、頻率等反饋材料材質(zhì)的有效截面，物體形狀、層厚度、掩埋特征等是影響脈沖信號傳播的主要因素。探地雷達(dá)檢測技術(shù)通常用于測量定位管道，完成加固區(qū)測量，該檢測方法較為安全可靠，高頻電磁脈沖通過天線傳播，傳播界面發(fā)生變化時部分電磁波會產(chǎn)生反射折射，此時接收器會記錄介電常數(shù)變化情況，相同外殼中的發(fā)射天線與接收天線采用單聲道操作，天線頻率范圍100-150MHz，通過集成系統(tǒng)掃描實現(xiàn)對反射信號的雷達(dá)追蹤，并快速測繪出空洞與剝離程度，探地雷達(dá)技術(shù)在路橋工程中的設(shè)計應(yīng)用范圍更廣，特別是在測量大量處于惡劣環(huán)境的通道結(jié)構(gòu)或者混凝土橋梁結(jié)構(gòu)時，可以精準(zhǔn)定位金屬管道，測量速度更快，在很大程度上保證路橋工程質(zhì)量安全性。

2、道路橋梁進(jìn)行檢測的原因分析

道路橋梁需要進(jìn)行定期檢測的主要原因有以下三方面。第一，在道路橋梁建設(shè)的過程中進(jìn)行檢測，只能代表當(dāng)時道路橋梁的質(zhì)量，并不能夠滿足道路橋梁長期使用的要求，由于道路橋梁在投入運行以后，需要長期承受不同車輛造成的荷載，僅僅檢測路面平整度和車輛運行情況是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此需要采取有效的檢測技術(shù)進(jìn)行檢測，這樣才能夠保障道路橋梁長期安全的運行;第二，道路橋梁是溝通不同地區(qū)之間聯(lián)系的基礎(chǔ)，也是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，保證道路橋梁的安全性具有重要的意義，進(jìn)行定期檢測，可以及時發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，便于采取措施將安全隱患扼殺在萌芽之中;第三，道路橋梁在建設(shè)的過程中，由于一些建設(shè)方缺乏誠信，所使用的建筑材料質(zhì)量較差，完全不能滿足道路橋梁長期運行的要求，尤其是在投入運行一段時間以后，往往會出現(xiàn)地面凹陷、裂紋等情況，甚至還會導(dǎo)致重大安全事故的發(fā)生，嚴(yán)重危害到人民群眾的生命財產(chǎn)安全，進(jìn)行定期檢測，能夠有效減少質(zhì)量問題所造成的生命財產(chǎn)損失。

3、三維探地雷達(dá)檢測技術(shù)的應(yīng)用

3.1數(shù)據(jù)收集

運用車載三維地基穿透雷達(dá)系統(tǒng)能夠快速完成市政道路掃描，在進(jìn)行市政道路掃描過程中掃描車輛速度可達(dá)60km/h～80km/h。在確保設(shè)備安全使用的前提下，研究道路狀況、獲取參數(shù)、檢測速度之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，確定三維地面穿透雷達(dá)在數(shù)據(jù)獲取中的基本數(shù)據(jù)參數(shù)。根據(jù)不同的檢測任務(wù)（空洞檢測、管線檢測、非金屬管線檢測等），研究三維地面穿透雷達(dá)的最佳檢測參數(shù)，檢測最佳檢測數(shù)據(jù)，包括檢測疊加時間、縱向采樣間隔等核心參數(shù)。每個采樣點多次收集疊加次數(shù)的數(shù)量，采用平均值排除噪聲信號影響，但疊加次數(shù)的增加會影響收集速度。采樣間隔是雷達(dá)行進(jìn)方向的采樣間隔，影響水平界面的雷達(dá)分辨率。通常，目標(biāo)上至少有三個采樣點，即目標(biāo)物長度小于1/3采樣間隔。

3.2數(shù)據(jù)處理

為了提高信噪比和增強(qiáng)地下目標(biāo)信號的辨識度，通常需要對原始的雷達(dá)圖像進(jìn)行處理。本文主要對原始雷達(dá)圖像進(jìn)行了零時校正、去背景、增益、帶通濾波和偏移處理。每個步驟的詳細(xì)流程如下：（1）零時校正。零時校正的目的是修正雷達(dá)系統(tǒng)時延，使得地面反射信號基本處在零時刻的位置。（2）去背景。采用減平均道的方式去除雷達(dá)剖面中水平背景信號，即對雷達(dá)剖面圖中所有道數(shù)據(jù)取平均，再從每道數(shù)據(jù)中減去。（3）增益。為了補(bǔ)償電磁波在擴(kuò)散和傳播過程中能量損失，更加清晰地顯示深處的目標(biāo)信號，研究使用線性增益和指數(shù)增益處理雷達(dá)數(shù)據(jù)。其中，線性增益是為了補(bǔ)償波前擴(kuò)散導(dǎo)致的雷達(dá)波幅值衰減，指數(shù)增益是為了補(bǔ)償雷達(dá)波在有耗介質(zhì)中的衰減。（4）帶通濾波。使用通帶為100～500MHz的帶通濾波器進(jìn)行濾波，以抑制雷達(dá)圖像中的低頻和高頻噪聲。（5）偏移處理。分別使用二維偏移和三維偏移進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。二維偏移的處理對象是單個二維剖面圖，三維偏移的處理對象則是整個三維雷達(dá)數(shù)據(jù)。偏移速度取0.08m·ns-1，即地下介質(zhì)中雷達(dá)波速的估計值。

3.3異常識別

分析市政道路病害及其影響范圍在其的主要道路區(qū)域普遍發(fā)生的地基坍塌規(guī)模遠(yuǎn)大于輔助道路面積。在汽車車道上，長時間推壓路面、振動的車輛較多，路面下的空隙等疾病的隱藏危險逐漸增加，土壤層逐漸失去連接應(yīng)力，路面的瀝青層失去支撐力，引起了廣泛的道路病害。但是，人行道的病害主要是由路面和地面磚下不均勻、密集的回填土壤引起的。有些區(qū)域位于綠色皮帶的邊緣。長期灑水會增加人行道下的土壤層含水量，造成人行道下的土壤層損失，形成空隙。城市地下疾病的種類分為空洞病、空化病、松散病、水豐富的異常等。缺陷程度（包括疾病平面范圍、縱向擴(kuò)展、頂表面埋沒深度和疾病組合）的因素對道路塌陷和損傷程度有不同的影響。

結(jié)束語

市政道路工程是一項長期且極其復(fù)雜的工程項目，受到諸多不確定因素的影響，需要在確保工程整體施工質(zhì)量的同時，利用三維探地雷達(dá)檢測技術(shù)嚴(yán)格測量監(jiān)測建設(shè)施工是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，還要檢測工程材質(zhì)的質(zhì)量安全性，防止市政道路工程形變，以此保證市政道路工程整體建設(shè)質(zhì)量。

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