羅強、朱悅生

（江西省路港檢測中心有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

在公路等建設(shè)工程項目質(zhì)量檢測工作中，通過應(yīng)用地質(zhì)雷達進行檢測能夠判斷地下介質(zhì)的分布狀況。在對公路工程實施質(zhì)量檢測的過程中，可利用懸空集能天線向公路地下處發(fā)出寬頻帶尖脈沖雷達波，然后再利用另外的天線來接收各種數(shù)據(jù)，并對收集到的數(shù)據(jù)信息進行記錄，由此可以建立起掃描記錄。利用天線在不同位置進行移動接收信號，就能夠建立相對完善的地下透視圖像，為公路工程項目建設(shè)質(zhì)量檢測提供便利。

1 地質(zhì)雷達應(yīng)用技術(shù)的工作原理分析

在當(dāng)前階段的公路質(zhì)量檢測過程中，使用地質(zhì)雷達來對地質(zhì)實施檢測是較為普遍的方法之一。地質(zhì)雷達通過發(fā)射高頻電磁波進行檢測并獲取有關(guān)資料數(shù)據(jù)，對地下介質(zhì)的分布狀態(tài)進行研究分析，其技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢相對較大，不但準確程度高，而且具有一定的無損性能。地質(zhì)雷達的基本組成主要包含雷達主機、無線系統(tǒng)模塊、控制系統(tǒng)模塊以及電源系統(tǒng)等。在進行檢測的過程中，不同的模塊能夠發(fā)揮出不同的功能和技術(shù)優(yōu)勢。地質(zhì)雷達的控制系統(tǒng)主要包括計算機控制器，而供電裝置則主要包括發(fā)射和接入的設(shè)備[1]。

計算機控制系統(tǒng)在進行測量工作中，需要完成大量的信號模擬，并把模擬好的信號傳遞到計算機系統(tǒng)上，由此來完成信息的傳遞與記錄。無線系統(tǒng)模塊則是要對虛擬的所有信號進行交互與傳遞，有效保證信息在傳送階段的暢通無阻。地質(zhì)雷達的具體工作原理如圖1 所示。

圖1 地質(zhì)雷達的工作原理和探測方法

使用地質(zhì)雷達開展公路質(zhì)量檢測過程中，能夠在項目施工建設(shè)前后對施工現(xiàn)場的地貌狀況和水文地質(zhì)環(huán)境等開展全方位、全范圍的測量工作，從而確保最終測量成果的正確性，與傳統(tǒng)形式的地質(zhì)勘測技術(shù)相較而言有著先天優(yōu)勢。在實際應(yīng)用作業(yè)中，改變了傳統(tǒng)勘測作業(yè)時鉆探的模式，這對于資源優(yōu)化配置、增加地質(zhì)變化系數(shù)具有至關(guān)重要的意義。與此同時，應(yīng)用地質(zhì)雷達進行勘測能夠行之有效地降低工程事故發(fā)生的風(fēng)險。利用地質(zhì)雷達技術(shù)可以有效了解施工部位的地質(zhì)狀況，盡可能地規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，在對隧道工程的斷層、溶洞等現(xiàn)象進行收集研究后，根據(jù)檢測的位置實際情況和范圍大小進行測量?？梢詸z測出隧道施工的斷面是否具有裂隙，一旦隧道工程斷層中存在裂隙則需要對其進行填充作業(yè)，為探測基本地質(zhì)情況提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

2 在公路工程項目質(zhì)量檢測中地質(zhì)雷達的實際應(yīng)用分析

2.1 對建設(shè)公路的路面厚度進行檢測

在對公路路面厚度進行檢測時應(yīng)用地質(zhì)雷達勘測技術(shù)較為常見。在傳統(tǒng)檢測技術(shù)應(yīng)用中，以挖坑和鉆芯法的應(yīng)用為主，但應(yīng)用這兩種檢測方法時其盲目性較高，還存在一定的能源耗費現(xiàn)象，檢測過程還會對路面結(jié)構(gòu)造成一定的破壞。一旦檢測的公路周邊環(huán)境較為復(fù)雜，公路交通運輸量較大，也會對實際測量技術(shù)應(yīng)用增加一定的使用困難。所以，在對路面工程的路基厚度檢測時，應(yīng)用地質(zhì)雷達技術(shù)就可以有效規(guī)避這類問題，從而提高對于地質(zhì)雷達技術(shù)檢測的應(yīng)用程度，通過短脈沖的方法來對路基材料進行實時性檢測，使雷達識別軟件自動性地分辨結(jié)構(gòu)層的邊界，以得到雷達技術(shù)波在各層的雙程走時。而根據(jù)雙程走時和電磁波在不同路基材料中的傳遞速度，能夠獲取檢測圖像，基于此計算出工程路面的實際厚度。在實際檢測作業(yè)過程中，要按照所測試的路基標稱厚度數(shù)值選用合適頻率的雷達天線，以減少檢測結(jié)果的外界干擾影響。對水泥混凝土和瀝青混凝土路基的檢測作業(yè)中，應(yīng)合理地選擇對雷達信號進行傳輸?shù)乃俾?，并盡量地保證檢測的最大誤差值范圍在1cm之內(nèi)。

在對公路工程項目路面檢測作業(yè)時要注意一定的工作技巧和方法。首先，要根據(jù)路面的類型和待檢測的路面精度相關(guān)標準來針對性地選擇地質(zhì)雷達，其主要形式分為以下幾個方面：

第一，待檢測的路面結(jié)構(gòu)類型為瀝青混凝土路面時，要選用中心頻率在2500MHz 的雷達天線。這種雷達天線具備分辨率較高、精度較大且發(fā)射頻率高的優(yōu)勢，應(yīng)用此類地質(zhì)雷達天線進行路面厚度檢測時，其誤差值范圍能夠控制在相對合理的范疇之內(nèi)。值得注意的是，這種地質(zhì)雷達天線也存在一定的不足之處，其能量較低、能耗較大，所以只能穿透厚度在30cm 左右的路面結(jié)構(gòu)層。此類地質(zhì)雷達天線的主要用途是對瀝青混凝土的各個結(jié)構(gòu)層厚度進行分析，雷達天線基本為懸掛式樣，一般情況下主要懸掛在小型汽車的尾部，應(yīng)用此類地質(zhì)雷達的檢測速度和理論上的檢測速度有著一定的差異。理論上這種地質(zhì)雷達的探測速度基本上可以做到90km/h，但是因為探測所接受的外界干擾因子不同，在現(xiàn)場完成探測任務(wù)的檢測速率只能達到30km/h 左右[2]。

第二，當(dāng)待測的公路結(jié)構(gòu)是水泥混凝土?xí)r，所采用的地質(zhì)雷達天線的工作頻段通常是500MHz。此類地質(zhì)雷達通常為拖地式樣的雷達，雷達的發(fā)射器和接收器合并在一起。這種地質(zhì)雷達發(fā)能較大、介質(zhì)中能耗相對較小且抗干擾的能力較強，故此這種地質(zhì)雷達的穿透性較強，基本上能夠穿透150cm 左右的介質(zhì)層，穿透程度較強就意味著存在一定的不足之處，這種不足之處主要體現(xiàn)在精度差異上，其精確程度和懸掛式樣的地質(zhì)雷達相較而言較差。公路結(jié)構(gòu)層及拱涵雷達檢測具體分析如表1 所示。

表1 公路結(jié)構(gòu)層及拱涵雷達檢測表

其次，相對于傳統(tǒng)形式的路面結(jié)構(gòu)檢測方式而言，應(yīng)用地質(zhì)雷達來進行路面結(jié)構(gòu)厚度檢測作業(yè)時，其取樣密度較高。除此之外，對于一些極特殊情況的疑難路段還能夠增加加密取樣的方式，借助于這兩種取樣方式能夠行之有效地保障取得的資料數(shù)據(jù)信息滿足取樣密度和精度上的要求，這無疑為后續(xù)的公路工程項目路面工程質(zhì)量的檢測工作提供了巨大便利。

最后，應(yīng)用地質(zhì)雷達來對公路路面結(jié)構(gòu)進行檢測，不僅能夠有效規(guī)避傳統(tǒng)檢測方式帶來的弊端，真正意義上達成無損檢測，同時還能夠有效減少人工成本，杜絕物力資源應(yīng)用上存在的浪費現(xiàn)象，提升公路工程項目質(zhì)量檢測的工作效率，也減少了工程項目質(zhì)量檢測的耗用時間，在保障不影響公路運輸功能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對公路路面的無損檢測[3]。

2.2 對建設(shè)公路的病害類型進行檢測

在對公路的病害進行質(zhì)量檢測時，需要結(jié)合公路周邊的自然環(huán)境以及車流量壓力進行。在公路工程項目完工交付使用之后，公路的路基部分在時間作用下會發(fā)生一定程度的沉降，在時間的作用下形成路面空洞，這就在一定程度上影響了公路行車的安全，增加了交通事故發(fā)生的概率，同時還在一定程度上制約了我國公路事業(yè)發(fā)展的穩(wěn)定性。故此，在對公路病害的檢測作業(yè)過程中，要充分利用地質(zhì)雷達的檢測記錄功能優(yōu)勢，對公路路面和路基的平面布置進行充分了解和掌握，甚至可以針對某段公路區(qū)域形成剖面圖，可以初步判斷公路的損害程度以及發(fā)生損害的區(qū)域范圍，為后續(xù)公路養(yǎng)護工作和修補作業(yè)提供數(shù)據(jù)支撐。在進行檢測的過程中，可以將數(shù)據(jù)信息傳遞到計算機控制系統(tǒng)中，利用計算機搭建三維立體模型，從而對檢測公路路基和路面的損害程度進行準確把控。

2.3 對公路局部密實程度以及脫空問題進行檢測

在對公路工程項目進行施工建設(shè)的過程中，會應(yīng)用到多種類型的施工建設(shè)材料，不同的施工建設(shè)材料有著不同的分層結(jié)構(gòu)，往往會形成介電特性的差異，但在實際收集到的圖像信息傳遞強度具備一致性的現(xiàn)象，使得各類檢測數(shù)據(jù)的誤差值范圍較小。從技術(shù)理論上進行分析，公路表面層和基層、密集區(qū)的結(jié)合，在不同層之間產(chǎn)生的波形存在規(guī)則平滑性，基本不會出現(xiàn)雜波的發(fā)射問題。一旦公路中存在的水分不能及時有效地排出時，公路路面上的地表水就會逐層滲透，使得不同表層間出現(xiàn)松散的現(xiàn)象，在情形較為嚴重時甚至可能發(fā)生間隙不斷擴張的現(xiàn)象。在一定的時間范圍內(nèi)，公路結(jié)構(gòu)面板中的介電常數(shù)也會出現(xiàn)相應(yīng)的改變，而不同層數(shù)間的常數(shù)比值也會持續(xù)上升。因此，按照雷達波射面與實際傳輸面之間的基本特征來說，可以很直觀地看到反射界面發(fā)生的相應(yīng)變動，而實際傳輸頻率則呈現(xiàn)持續(xù)下降的態(tài)勢，地質(zhì)雷達可以有效獲得相應(yīng)的圖像并及時地發(fā)現(xiàn)公路結(jié)構(gòu)層出現(xiàn)的問題[4]。

2.4 對公路裂縫以及坍塌下陷問題進行檢測

在當(dāng)前公路工程項目中，最為常見的公路病害問題為裂縫現(xiàn)象，裂縫周邊的介電質(zhì)會因為裂縫的不斷變化隨之發(fā)生變化，在通過地雷雷達對公路進行探測作業(yè)時，就可以很明顯發(fā)現(xiàn)在地質(zhì)雷達異常剖面圖上出現(xiàn)了串珠式的線狀異常。另外，地基富水也是導(dǎo)致路面損傷中的主要形式之一。如果地基富水，那么就會導(dǎo)致路面的強度值出現(xiàn)持續(xù)下降的態(tài)勢，并且也會導(dǎo)致公路路面的抗剪強度持續(xù)下降，當(dāng)公路路面車流量較大且車輛負載較重時就極容易導(dǎo)致公路路面出現(xiàn)扭曲變形的現(xiàn)象。因為自然水本身就具有特定的介電性，它會直接造成非富水區(qū)與基層富水層之間出現(xiàn)很大的介電性差別現(xiàn)象。在地質(zhì)雷達進行勘測掃描時，會從雷達的測量圖像中利用其差異來進行分析判斷，為后續(xù)公路養(yǎng)護工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)理論支撐[5]。

3 應(yīng)用地質(zhì)雷達的未來發(fā)展前景分析

應(yīng)用地質(zhì)雷達來進行公路工程項目的質(zhì)量檢測工作，對于我國來說屬于質(zhì)量檢測領(lǐng)域的先行者，在通過長時間的研究、實踐、分析、推廣之后，我國在利用地質(zhì)雷達對公路工程項目質(zhì)量檢測方面取得了長足進步，同時應(yīng)用地質(zhì)雷達進行質(zhì)量檢測的技術(shù)方法也在被不斷地補充完善，并逐漸在公路工程項目質(zhì)量檢測中得以有效應(yīng)用。由于我國國家公路建設(shè)的日益開展，帶動了公路、橋梁以及隧道等工程的快速發(fā)展，公路工程項目質(zhì)量檢測已經(jīng)發(fā)展成為評定公路工程項目質(zhì)量以及反映公路工程項目投入使用是否安全的手段之一。應(yīng)用地質(zhì)雷達技術(shù)對公路質(zhì)量進行檢測工作要緊跟時代的發(fā)展步伐，對公路工程項目質(zhì)量的檢測方法要不斷進行創(chuàng)新優(yōu)化，以便于能夠為公路工程項目的質(zhì)量和投入使用的安全性能、后期的養(yǎng)護維修管理提供有力的保障。在公路建設(shè)工程項目質(zhì)量檢測作業(yè)時使用地質(zhì)雷達檢測技術(shù)，能夠真正實現(xiàn)對公路工程項目質(zhì)量檢測的無破損檢測，這對于質(zhì)量檢測領(lǐng)域而言意義非凡。基于此可以預(yù)見地是，地質(zhì)雷達的發(fā)展與應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊，會發(fā)展成公路建設(shè)工程質(zhì)量檢測的重要風(fēng)向標。

4 結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前公路工程項目質(zhì)量檢測作業(yè)過程中，應(yīng)用地質(zhì)雷達來開展質(zhì)量檢測活動的優(yōu)勢較為明顯。地質(zhì)雷達技術(shù)其精確程度較高，能夠在較短的時間范圍內(nèi)獲得待檢測工程項目的數(shù)據(jù)信息，故此，在公路工程項目的質(zhì)量檢測工作中，要不斷對地質(zhì)雷達質(zhì)量檢測技術(shù)進行創(chuàng)新優(yōu)化完善，對地質(zhì)雷達檢測技術(shù)科學(xué)合理地完善各方面的性能，相關(guān)技術(shù)應(yīng)用人員要有效拓展和延伸地質(zhì)雷達在其他領(lǐng)域范圍內(nèi)的應(yīng)用，并將地質(zhì)雷達質(zhì)量檢測技術(shù)不斷進行推廣，盡可能地解決公路工程項目質(zhì)量檢測過程中存在的相關(guān)問題，不斷提升我國公路工程項目質(zhì)量檢測工作的質(zhì)量和效率，同時還能夠在一定程度上減少資源浪費、提高經(jīng)濟效益，促進我國公路交通事業(yè)的健康、高效、穩(wěn)定發(fā)展。