探地雷达在路基深层病害检测中的应用

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1、第２０卷第３期河南城建学院学报Vol．２０No．３２０１１年５月JournalofHenanUniversityofUrbanConstructionMay．２０１１文章编号：１６７４－７０４６（２０１１）０３－００３７－４探地雷达在路基深层病害检测中的应用１２王小伟，尹松（１．洛阳路桥建设集团有限责任公司，河南洛阳４７１０００；２．郑州大学水利与环境学院，河南郑州４５０００２）摘要：根据探地雷达工作原理，提出了探地雷达用于路基深层病害的检测方法。结果表明，该方法具有无损、快速、连续、高精度、高分辨率和实时成像等特点，克服了常规检测方法的局限性，能够为制定科学的

2、养护及维修方案提供可靠依据。关键词：探地雷达；无损检测；路基；深层病害＋中图分类号：P６３１．３２５文献标识码：A近年来，我国公路事业得到了迅速发展，取得了可喜的成绩，但是由于建设资金短缺、施工质量参差不齐和检测手段落后等多种因素的限制，使得有些已建成公路过早地出现了较多病害。路基浅层病害比较容易发现及维修，但路基深层的不密实或脱空等病害很难在早期被发现，容易导致路面结构产生局部损毁或塌陷等结构性破坏而影响行车安全。因此，路基深层病害的检测与评价已成为当前公路养护管理部门亟需解决的技术问题。基于探地雷达的无损检测技术在道路工程领域中得到了广泛应用，使用探地雷达对

3、浅层路面结构和隐蔽病害的高分辨率探测已经取得了很多成果。但由于雷达的探测深度与分辨率是一对矛盾体，国内将探地雷达用于基础工程深层病害检测的较少。本文根据实际工程需要，提出了探地雷达用于路基深层病害的检测方法。结果表明，探地雷达检测技术具有无损、快速、连续、高精度、高分辨率和实时成像等特点，该方法是一种高效的路基深层病害检测方法，能够为制定科学的养护及维修方案提供可靠依据。１探地雷达的工作原理探地雷达是利用高频脉冲电磁波对地表下结构和埋设物的分布形态进行探测（见图１）。由于路基是由不同材料分层填筑而成，而不同材料具有不同的介电常数，当脉冲源产生的周期性毫微秒信号在

4、传播路径上遇到这些有电性差异的分界面时就会产生反射、折射和透射。探地雷达通过接收天线捕获到返回地面的反射波，并按到达时间的先后顺序依次进行记录。根据回波信号的波形和波阻特征，推断出地下目标体的空间位置、结构以及几何形态等，并以伪彩色电平图、灰色电平图或波形堆积图的方式显示出来。实测时，雷达天线沿测线方向连续或间断地向前移动，从而获得一条反映路基特征的雷达记录剖面。通过多条测线的探图１探地雷达检测工作原理示意图测，就可以基本实现对路基整个断面的检测。收稿日期：２０１１－０３－１８第一作者简介：王小伟（１９７４－），男，河南洛阳人，洛阳路桥建设集团有限责任公司工程师

5、。３８河南城建学院学报２０１１年５月采集的雷达数据经零点校正、剖面距离校正及增益调整后，根据雷达波形构成的同相轴，以人机交互方式进行资料解释，就可以勾画出路基深层存在的病害。２探地雷达图像特征２．１正常路段探地雷达图像特征无病害路段的路基层与层之间界限清晰，连续并且均匀，反映在雷达波形图中就是图像分层明显，波形均匀并且有规律，且同相轴连续。２．２典型病害路段探地雷达图像特征⑴不密实病害不密实病害一般是由于公路在建设初期压实度不够引起的，在不密实区域内，含水率或孔隙率较大，与周围密实区域相比，介质之间存在一定差异。这种病害在雷达波形图中通常表现为不密实边界区域波形

6、比较紊乱，分层不明显，不密实内部区域波形相对较均匀。⑵松散病害松散病害主要出现在半刚性基层路面结构中。当路面基层已经破碎时，反射界面多而杂乱，反映到雷达波形图上就是反射波较多，同相轴不连续，能量强弱变化大，雷达图像较为杂乱。⑶脱空病害由于路基材料和空气介电特性相差较大，当电磁波遇到路基材料与空气交界面时会产生比较强的反射波，雷达波图像多表现为脱空处出现多次反射波，同相轴相邻道出现错位，并且同相轴多呈弧形。⑷沉陷病害沉陷病害反映到雷达图像上就是同相轴不连续，发生断裂，并出现交错。３工程实例３．１工程概况河南省境内某省道（二级公路）为双车道水泥混凝土路面，路面宽７m

7、，路基宽１０m，路面结构层为２２cm厚水泥混凝土面层加１５cm厚５％水泥稳定碎石基层。该省道沿线为华北地台南缘豫西台褶皱带，由太古宇－早元古宇太华群一套高级片麻岩、变质杂岩及更老的陆核经中条运动固结成稳定的结晶基底，其后的盖层经历多次构造回旋发展，逐渐演化成现今的地壳基本结构，地表活动较强烈，工程地质条件较差。目前，该省道出现了路面损毁和塌陷等病害，通过对路面结构层钻芯发现病害位于路基深层区域，为了找出病害及其产生原因，制定科学的维修方案，采用探地雷达技术对路基深层病害进行了检测与分析。３．２检测方案针对工程实际情况，制定现场检测方案如下：现场测试采用美国GSS

8、I公司研制的SIR－２０