地质雷达在路面厚度检测中的研究与应用

许佳昕,魏宪发

(1.黑龙江省哈双高速公路管理处;2.黑龙江省交通科学研究所)

随着我国高等级公路建设的迅速发展,路面在公路投资方面所占的份额越来越大,路面的质量好坏与使用效果直接影响着公路的整体质量、使用寿命,也直接影响着公路的投资效益和公路质量形象,因此对路面施工质量的检测有着重大意义。传统的公路质量检测手段是:按 200～500m间距每车道 1点,采用钻孔取芯或挖验来测定厚度值,然后以代表值和单个测定值的允许偏差进行评定。这种常规方法存在明显的局限性:(1)被测点是随机选择的,其检测结果往往缺乏代表性;(2)由于检测点的密度稀,极易漏检,给后续工程工作留下隐患;(3)在道路投入使用后的日常维护管理中对道路内部存在的隐性灾害,如路面下的空洞、脱空等却无有效的检测手段,难以做到防患于未然。随着电子技术的突飞猛进以及计算机数字处理技术的应用,地质雷达作为一种无损检测的手段被物探工作者引入到道路工程特别是路面厚度的检测中。

1 地质雷达的基本原理与工作方法

地质雷达的工作原理就是利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式,由地表通过发射天线向地层发射电磁波,当电磁波在地层中传播时,遇到具有电性、物性差异的介质(如空洞、分界面等)时便会形成反射界面而发生反射,电磁波反射回地面由接收天线接收,根据电磁波的传播时间、波形特征可以确定地层中介质的空间位置、几何形态等,如图 1所示。

图1 地质雷达工作原理图

2 工程示例概况及检测项目

哈五公路改扩建工程由拉林至省界,全长 82km,一级公路,大部分路段由原二级公路扩建而成,路面采用沥青路面,基层为水泥稳定碎石。为了保证施工质量,提高公路服务水平,该工程采用雷达跟踪监测路面施工厚度。本次测试使用美国劳雷公司研制生产的GSSI系列SIR-20型地质雷达。劳雷公司生产的雷达作为世界上最广泛应用于道路检测的雷达设备,具有测试精度高、稳定性强和结果处理便捷等优点。

可以看出,白色纵向直线为地面线,是路面与空气的分界面,而蓝色为路面面层与基层的分界面。

地质雷达沿测试位置测完以后,在对应桩号位置进行取芯,由于路面结构材料的差异,由系统自动给出的拾取速度不一定能反映完全真实的拾取速度,打开深度信息窗口,通过现场钻取芯样的厚度来确定拾取速度,一般取 3个以上芯样的反算速度均值作为整个文件的拾取速度。取芯原则为面层与基层的分界面的平滑位置,这样可以避免因桩号偏差所产生的厚度偏差。

依据所取芯样厚度可以计算出雷达波在沥青面层的拾取速度,再利用雷达配套的分析软件RADAN6.5对采集文件进行数据处理,可以都到路线测试位置的连续厚度数据。在室内对检测数据进行了计算机处理与分析,以每公里为评价单位,参照交通部颁《公路工程质量检验评定标准》(JTJ071一 94)给出该段的各点的面层的厚度值、偏差、相对误差、合格与否。整体评价以每公里为一个评价单位。检测结果以二种方式给出,即每公里的各测点结果及公里段的平均结果。路面结构检测结果表中每隔 10m给一个样本厚度,每公里取 100个点参与评价该公里的质量,给出该公里的平均厚度、均方差、厚度代表值以及该段是否合格,每个单点是否合格。

计算公式如下:

式中:χ1为厚度代表值为厚度平均值;s为标准差;n为检查数量;ta为t分布系数。

检测结果以每公里为单位,在结果图中分别给出每公里内实测厚度变化曲线。纵坐标为厚度,横坐标为测量坐标。实际里程桩应根据桥位坐标计算。直线为路表面,虚线为设计值,曲线为实测厚度变化曲线。另外给出每公里的实测厚度汇总表格并按每公里对路面的平均厚度、标准差、变异系数、厚度代表值、最小厚度进行了计算。

3 结 语

地质雷达作为一种新技术,因其高效、无损、费用低的优点,在公路建设、维护中正被大量应用,取得了良好效果。但同时作为新技术,也有其缺陷。雷达发射的电磁波的能量在地层中衰减的很快,探测深度有时不够理想。另外利用地质雷达较难确定地下目标体的横向尺寸,例如管径的大小;较小的地下空洞(沟)的宽度。

对地质雷达开发利用的重点应放在数据处理和资料解释上,一方面开发更先进的处理软件,能确定目标体的尺寸、规模,能识别各类目标体的性质。另一方面要不断积累经验,同时采用多种探测手段,将不同探测方法的结果进行比较、分析、综合,提高对雷达图像的解释能力。

[1] 谢雄耀,李永盛等 .地质雷达检测在保护性建筑结构加固中的应用[J].同济大学学报,2002.

[2] 杨立新.雷达在检测路面厚度中的应用[J].湖南交通科技, 2001,(3).

[3] 戴前伟,吕绍林.地质雷达的应用条件探讨[J].物探与化探, 2000,(4).

[4] 郭有劲.地质雷达在铁路隧道衬砌质量检测中的应用[J].铁道工程学报,2002,(6).