透地雷達在公路工程質(zhì)量檢測中的應用研究
摘要：我國公路建設中還存在一些質(zhì)量問題，不僅影響公路運輸安全，還會給國家經(jīng)濟帶來損失。實踐證明，在公路工程建設中，利用透地雷達進行檢測，不僅可以檢測出公路的脫空程度和范圍，還可以為加固地基提供有效的施工依據(jù)，利用透地雷達檢測是解決公路路面隱藏脫空問題的一種方便有效的高新技術與工藝。
關鍵詞：透地雷達；公路質(zhì)量；脫空問題；施工依據(jù)
一、透地雷達的利用方向
近幾年來，我國的公路建設在不斷發(fā)展，與此同時，公路建設的各種質(zhì)量問題也凸顯出來，許多不合格的公路工程在修建完工后沒多久就出現(xiàn)不同程度的路面破裂和沉陷，嚴重時路面還會滲出水泥漿，不僅嚴重阻塞交通，還給國家經(jīng)濟帶來巨大的損失。
目前，有關建設部門對有問題的公路工程進行更新建造，但這也只是權宜之計，始終都沒有在公路工程出現(xiàn)問題之前解決即將發(fā)生的問題。由于公路在使用中要不斷的受壓，許多隱藏的問題就慢慢的暴露出來，出現(xiàn)路面脫空等危害。
國家工程技術部門經(jīng)過多年的探索和分析，終于在公路工程質(zhì)量檢測方面有了突破，即利用透地雷達預先檢測公路路面的水泥脫空程度，對檢測結(jié)果進行可行性分析，并對路面進行有針對性的加固，實現(xiàn)防患于未然，無是治理公路路面混凝土脫空的問題。還是在老路面上鋪設瀝青混凝土，有取得了很好的效果，實現(xiàn)了更好的社會效益和經(jīng)濟效益。
二、方法原理
透地雷達(GPR)是利用超高頻短脈沖(106~109Hz)電磁波來探測地下介質(zhì)分布情況的一種物理檢測方法。利用天線將高頻電磁波通過寬頻短脈沖把信號傳到地下，該電磁波在地下運作時會有不同程度的減弱，當電磁波遇到了不同的地下介質(zhì)，就會有反射信號，并由天線接受傳到地面。透地雷達發(fā)射的信號傳到地面時會呈現(xiàn)出不同的波形信號，通過計算地面反射波與路面底界面反射波之間的運動時間差，就能知道電磁波在地下介質(zhì)中的運動速度，最后計算出地面的厚度。但在實際的操作中，電磁波的波形信號與數(shù)據(jù)會有一定的反差。
主要有幾個原因，首先是地面面層比較薄，所以地下電波的反射波會受到直達波和電磁波來回運動的影響；其次是地面面層中有許多干擾物，如鋼筋，混凝土，支架等，這些介質(zhì)會影響到正常的反射波；最后，在檢測過程中，地面的自行車和行人對電波的造成的干擾，一般在公路工程建設中都會在地面面層下鋪設水泥，以便穩(wěn)定地基，通常含有3%~10%的水泥，這也是產(chǎn)生誤差的原因之一。
其實介電性質(zhì)與路面面層的差異較小，反射波強度常比干擾波小，工程人員對地面厚度的檢測比較精確，所以公路路面檢測的誤差很小。在工程檢測中，工程人員通過多種試驗方式和數(shù)據(jù)處理，終于建立起一套完整的利用透地雷達檢測路面的檢測系統(tǒng)，既能保證檢測的準確度，又能保證檢測的速度，并在多條公路檢測中得到正式。
三、實例分析
為了更加了解透地雷達對路面的檢測準確度，下面通過一個實例來分析透地雷達檢測的應用情況和效果。
�。ㄒ唬└艣r
以佛山高速公路為例子，佛山高速公路1989年8月建成，是廣東到佛山的交通要道，公路全長80km，其中有鋪設混凝土的公路總長是58.8km，改高速公路于1996年12月建成通車。佛山高速公路自通車以來已經(jīng)運作了12年之久，經(jīng)過了12年的不斷使用，部分路段已經(jīng)出現(xiàn)了破損，已經(jīng)影響道路交通運輸?shù)陌踩浴?/p>
佛山高速公路K43+845~K43+965段，即佛山-開平方向的主車道路面都出現(xiàn)不同程度的沉降，同時還伴有板底脫空、翻漿、錯臺、斷板等嚴重損害，最嚴重的錯臺量有4cm。為了保障公路的安全運行，工程隊在2005年1月13日用透地雷達對公路進行的質(zhì)量檢測，通過檢測，發(fā)現(xiàn)K43+835~K43+982段主車道上共30個點上有地下混凝土脫空的現(xiàn)象，并清楚的檢測出脫空的程度和范圍，為后續(xù)的灌漿加固工作提供資料。在灌漿加固路面后，工程隊又于1月24日對以上路段進行的重新檢測。
（二）檢測儀器設備及方法基本原理
這次公路質(zhì)量檢測所使用的透地雷達是美國GSSI公司生產(chǎn)的SIR-10H型透地雷達系統(tǒng)，該透地雷達有多條發(fā)射天線可以進行數(shù)據(jù)傳輸，并且是新型的數(shù)字化儀器，檢測速度快，信號干擾小，雷達內(nèi)設置了計算機系統(tǒng)，檢測數(shù)據(jù)可以隨時顯示，方便檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)記錄和收集。
�。ㄈz測與分析
1.灌漿前的脫空檢測資料分析及判定
工程檢測中，要對透地雷達所檢測到的數(shù)據(jù)進行分析和記錄，將有關信息數(shù)據(jù)輸入到計算機進行編輯和處理后發(fā)現(xiàn)K43+835~84段沒有出先脫空問題，由于該段公路地底的混凝土灌注非常結(jié)實，地下介質(zhì)之間的差距不明顯，雷達電磁波反射回來的信號波動很小，即由天線反射到地面的發(fā)射波強度較弱。如果K43+845~895段的雷達反射波通過天線發(fā)射到地面的發(fā)射啵很強的話，就說明該公路段地底存在脫空問題，公路地下的脫空介質(zhì)和正常情況下的地下介質(zhì)的差異很大，所以很多雷達電磁波就沿著空隙又反射的回來，并且還存在多次反射的情況，說明地基混凝土不穩(wěn)定，以此來證明該公路段有質(zhì)量問題。當?shù)鼗炷练�(wěn)定時還存在多次反射的情況時，就說明公路面的地基有訴訟，應及時治理。透地雷達就是根據(jù)脫空反射波的不同強度來進行對脫空的分類和判定。
通過透地雷達的檢測，主要將脫空分為三種類型：一是輕微脫空、二是中等脫空、三是嚴重脫空。根據(jù)上述的檢測結(jié)果，可以得出，“佛山-開平高速公路右線K43+835~K43+982段主車道有混凝土路面脫空的現(xiàn)象，透地雷達還對所檢測的路段的每一個板塊的脫空情況進行了檢測分析。
2.灌漿后的灌漿效果檢測資料分析及判定
資料分析透地雷達所采集的原始記錄輸入計算機進行編輯、濾波、振幅均衡等處理后,再制作出鮮明可見的圖表，并將灌注加固地基之后的檢測圖標與檢測時的圖表做比對分析，以便查看灌漿效果。
圖表的作用主要是為了方便查看檢測和加固公路后的效果，灌漿后在混凝土路面再用透地雷達進行一次檢測，會很清晰的發(fā)現(xiàn)，局部多次反射的情況已經(jīng)消失了，同時反射到地面的電磁波也比較微弱，這是由于地底在灌注水泥漿之后，地底的界電常數(shù)與混凝土的界電常數(shù)已經(jīng)沒有了明顯的差異所致。無局部的多次反射波就說明了灌漿后消除了脫空問題，地基已經(jīng)比較穩(wěn)固。而穩(wěn)定地基之下的強反射波已經(jīng)消失，說明水泥灌注很成功，已經(jīng)解決了地面疏松的問題，達到了預期的灌漿效果。
3.結(jié)果判定注漿后抽芯結(jié)果
透地雷達檢測出脫空問題后，還要根據(jù)檢測的資料對地基水泥灌漿的厚度做出結(jié)論，灌注的厚度要與檢測的實際脫空問題吻合，只有通過對數(shù)據(jù)的實際分析，才能將水泥灌注達到應有的效果，保證灌漿后不再出現(xiàn)脫空問題。
透地雷達哈可以檢測公路地底的脫空程度，確定脫空的程度和范圍，為準確的實施灌漿工程提供依據(jù)，同時還有利于水泥化學灌漿后的路面再次使用透地雷達、鉆孔取芯檢測等取得更好更準確的結(jié)果。
四、總結(jié)
透地雷達可以精確的檢測公路、橋梁水泥混凝土路面的脫空程度和范圍，準確到可以以毫米計算，這不僅為地面水泥漿灌注、灌孔的分布、灌漿材料的選擇、漿液的用量和施工方案提供準確有力的依據(jù)，還可以避免因灌漿加固不當給工程和國家經(jīng)濟帶來的損失。透地雷達可以治理好公路質(zhì)量問題，通過檢測對不同程度的脫空區(qū)完全充填密實，加強公路基層的薄弱環(huán)節(jié)，保證公路質(zhì)量，使公路可以投入到正常有序的運營當中。
參考文獻：
[1]李大心，探地雷達方法與應用[M].北京:地質(zhì)出版社,1994.
[2]李金銘，羅延中.電法勘探新進展[M].北京:地質(zhì)出版社,1996.
[3]JTJ059公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,1995.
[4]JTJ071公路工程質(zhì)量檢驗評定標準[S].北京:人民交通出版社,1994.
[5]李大新，探地雷達方法與應用[M].北京:地質(zhì)出版社，1994
[6]李金銘，羅延中，電法勘探新進展[M].北京:地質(zhì)出版社，1996
[7]林尤聰，黃偉義，葛如冰等.透地雷達在公路工程質(zhì)量檢測中的應用效果[J].物探與化探，1998(4)
[8]王惠鐮，探地雷達概論[J].地球科學一中國地質(zhì)大學學報，第18卷，1993(3)
[9]黃南暉，有耗媒質(zhì)中電磁波的傳播特性[J].地球科學一中國地質(zhì)大學學報，第18卷，1993(3)
