王 倩

(陜西恒泰公路科技有限公司 西安 710000)

引言

我國市政道路經(jīng)過城鄉(xiāng)大規(guī)模發(fā)展之后，由原先注重投資額度以及犧牲環(huán)境為代價，逐步轉(zhuǎn)為高質(zhì)量發(fā)展、綠色發(fā)展。路面病害的無損檢測就屬于創(chuàng)新應(yīng)用、高質(zhì)量發(fā)展的一種形式，傳統(tǒng)的評價路面病害形式已經(jīng)不能滿足人民生活的需要。本文通過分析三維雷達(dá)的檢測原理，統(tǒng)計其檢測結(jié)果，分析在路面病害檢測中的優(yōu)劣，為今后進(jìn)行市政道路養(yǎng)護(hù)、高速公路改擴(kuò)建檢測提供一種思路。

1 檢測內(nèi)容

本次徐州市政道路檢測的和平路(復(fù)興南路—蘇堤路)段，道路結(jié)構(gòu)層和路基下方可能存在有空洞、脫空和其他嚴(yán)重病害；使用GPS位置信息，定位病害的位置；使用便攜式探地雷達(dá)和手持RTK定位裝置復(fù)測，進(jìn)一步確定病害的可能性和GPS位置；根據(jù)病害的嚴(yán)重程度給出相應(yīng)的處理建議。

2 工作原理及設(shè)備

三維探地雷達(dá)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，三維探地雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括雷達(dá)陣列天線(集成主機(jī))、GPS精確定位系統(tǒng)、控制中心、工程車等，將三維探地雷達(dá)圖像、圖像坐標(biāo)位置、標(biāo)記等多種數(shù)據(jù)信息同步采集，融入到數(shù)據(jù)中。該系統(tǒng)可對城市道路進(jìn)行快速的地毯式普查探測，得益于這種全新的數(shù)據(jù)采集模式，物探技術(shù)員通過一幅雷達(dá)圖像，利用不同方向的“切片”判斷分析每個地下異常的位置、形態(tài)以及危害程度，并提出施工建議。本次檢測任務(wù)應(yīng)用的設(shè)備為徐工道路養(yǎng)護(hù)集團(tuán)的GPR-MIMO4003D10RS型陣列探地雷達(dá)系統(tǒng)。

圖1 GPR-MIMO4003D10RS型陣列探地雷達(dá)實(shí)物

3 數(shù)據(jù)采集及處理

由于檢測路段車流量較大，白天車輛較多，不具備探測條件，因此選擇晚上23點(diǎn)以后進(jìn)行探測。對每條路段的所有車道進(jìn)行三維探地雷達(dá)掃描探測，數(shù)據(jù)采集過程中，采用差分GPS定位及距離觸發(fā)相結(jié)合的方式進(jìn)行工作。

3.1 數(shù)據(jù)處理

三維探地雷達(dá)可采集為原始雷達(dá)數(shù)據(jù)，在對雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之前，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以消除干擾信號，提高信噪比，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可讀性，提高病害識別的準(zhǔn)確性。主要采用的雷達(dá)數(shù)據(jù)處理方法有：去除零偏、增益調(diào)節(jié)、FIR濾波、背景消除等。得到可讀性強(qiáng)的三維雷達(dá)數(shù)據(jù)，再逐一對每個車道每條測線的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到所有疑似病害的區(qū)域，進(jìn)行病害標(biāo)注并導(dǎo)出每個病害的GPS坐標(biāo)位置。

3.2 現(xiàn)場定位

根據(jù)三維探地雷達(dá)的檢測結(jié)果，確定異常區(qū)域，導(dǎo)出病害GPS位置后，再通過手持RTK定位裝置，確定病害的位置，使用便攜式通用探地雷達(dá)在定位點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測，現(xiàn)場進(jìn)一步確定病害的準(zhǔn)確位置。

3.3 典型目標(biāo)圖譜

無論是瀝青混凝土還是水泥混凝土路面，在通車使用一段時間之后，都會陸續(xù)出現(xiàn)各種病害。早期常見的病害有裂縫、坑槽、車轍、松散、沉陷、表面破損、地下裂隙、脫空、空洞等，后期如果伴隨有地下管線漏水、雨水沿裂縫的滲透沖刷侵蝕，道路下土壤會流入年久失修坍塌的防空洞等地下工程或暗河中，導(dǎo)致路面塌陷。有些病害可以肉眼觀測，但很多病害無法通過肉眼觀測，借助于無損檢測手段，定期對市政道路進(jìn)行普查，建立包括地表、地下、分布范圍、不同時期的道路狀況四維數(shù)據(jù)庫，防患于未然，對道路養(yǎng)護(hù)十分必要。針對不同的災(zāi)害種類及等級(表1)，采取相對應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行處理。

表1 探地雷達(dá)圖像病害分類等級表

(1)正常路面基層的標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)異常圖像

由于路面為層狀結(jié)構(gòu)，每一層鋪筑的材料具有一定的介電性差異，因此對于正常路面基層的雷達(dá)先介紹正常圖像，再介紹異常圖像更好。異常圖像的波相同相軸或色譜圖將呈現(xiàn)為近水平線型展布，每一層內(nèi)的信號強(qiáng)度基本一致，反映在圖象上無明顯變化(圖2)。

圖2 正常道路探地雷達(dá)剖面示意圖

(2)富水體

富水體的相對介電常數(shù)大于周邊土體，隨著含水量的增大，相對介電常數(shù)差異變大。雷達(dá)圖譜通常為頂面反射信號能量較強(qiáng)，下部信號衰減明顯，同相軸較連續(xù)、頻率通過水的濾波作用降低。道路下富水體探地雷達(dá)剖面如圖3所示。

圖3 道路下富水體探地雷達(dá)剖面示意圖

(3)道路局部不密實(shí)

路面基層內(nèi)若存在局部不密實(shí)(破碎、疏松等)必然會導(dǎo)致介電常數(shù)的不同，電磁波在此發(fā)生異常反射，地面可接收到相應(yīng)的雷達(dá)剖面異常圖像(圖4)。這種密實(shí)不均體界面處引起的異常幅度一般變大，判斷其邊界的定性方法為：依據(jù)在不均勻體邊界處有連續(xù)的反射波同相軸中斷或彎曲分布，其波長變長，波幅明顯變化，波組特征也發(fā)生明顯變化。

圖4 道路結(jié)構(gòu)層破碎疏松探地雷達(dá)剖面示意圖

(4)局部脫空或空洞

脫空、空洞的相對介電常數(shù)為1，與土體的相對介電常數(shù)(6～40)差異明顯，此時層間介質(zhì)的介電常數(shù)差異較大，依據(jù)雷達(dá)波反射界面與波的傳播特性，反射界面明顯、傳播速度降低?？斩串惓^(qū)雷達(dá)圖譜通常為反射信號能量強(qiáng)，反射信號的頻率、振幅、相位變化異常明顯，下部多次反射波明顯，邊界可能伴隨繞射現(xiàn)象(圖5和圖6)。

圖5 道路脫空探地雷達(dá)剖面示意圖

圖6 道路空洞探地雷達(dá)剖面示意圖

(5)鋼筋、管線及規(guī)則形狀異常干擾

由于道路的復(fù)雜性，存在的目標(biāo)較多，但對探地雷達(dá)來說，這些異常目標(biāo)也是探測的成果之一，通過陣列探地雷達(dá)的成像可以將該類目標(biāo)進(jìn)行異常剔除，這些目標(biāo)通常具有規(guī)則的形狀，能夠通過形狀進(jìn)行剔除，避免發(fā)生誤判(如圖7～9)。

圖7 鋼筋探地雷達(dá)剖面示意圖

圖8 管線探地雷達(dá)剖面示意圖

圖9 古力蓋及電力線探地雷達(dá)剖面示意圖

4 數(shù)據(jù)解釋及病害統(tǒng)計

和平路測量長度2739m，機(jī)動車道為雙向6車道(部分路段4車道和8車道)，加上兩側(cè)2條非機(jī)動車道。初次篩選得到23處可疑病害點(diǎn)位置，經(jīng)過進(jìn)一步復(fù)測剔除14處，保留9處病害位置，病害位置信息如表2所示。

表2 和平路病害信息及處理建議

5 結(jié)論

(1)三維雷達(dá)能夠探測路面結(jié)構(gòu)中的病害，如裂縫、空洞、破碎等。

(2)三維地質(zhì)雷達(dá)在判斷路面結(jié)構(gòu)的空洞、脫空等比較嚴(yán)重病害時優(yōu)勢明顯，針對半剛性基層的細(xì)小裂縫等判斷不夠準(zhǔn)確，需進(jìn)行鉆芯等進(jìn)一步驗(yàn)證。

(3)由于檢測道路基本為通車路段，三維雷達(dá)的檢測速率較慢，容易引起交通事故，建議提高三維雷達(dá)在數(shù)據(jù)采集、處理等過程中的速率，更好地應(yīng)用路面結(jié)構(gòu)病害檢測。