探地雷達(dá)在道路無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用思路構(gòu)架實(shí)踐

吳細(xì)平

(江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院,江西 南昌 330001)

使用探地雷達(dá)對(duì)于公路地質(zhì)等進(jìn)行巖石性質(zhì)等的檢測(cè),包括探測(cè)冰川的厚度,土壤以及巖石的性質(zhì)等等,具有非常實(shí)用的應(yīng)用價(jià)值。由于探底雷達(dá)是利用高頻或者超高頻脈沖電磁波進(jìn)行地下介質(zhì)地球物理勘測(cè)方法,因此它在問(wèn)世之后,就被廣泛應(yīng)用于勘測(cè)和工程建設(shè)中。

1 探地雷達(dá)工作原理簡(jiǎn)析

探地雷達(dá)的工作原理,采用高頻電磁波對(duì)周?chē)橘|(zhì)進(jìn)行能量的探測(cè),然后使用寬屏形式將獲得的信號(hào),通過(guò)地面發(fā)射天線送到地下,然后遇到地層或者目標(biāo)體的時(shí)候,再將信號(hào)反射回地面。此時(shí)經(jīng)過(guò)接收電天線接收和反射的脈沖,在天線的幫助下發(fā)射脈沖,以掃描記錄的形式,得到時(shí)間和振幅函數(shù)的反射脈沖圖形。經(jīng)過(guò)在地面的連續(xù)移動(dòng),對(duì)于不同位置的地面情況進(jìn)行掃描,形成了一張與地震記錄相似的時(shí)距曲線圖。通過(guò)實(shí)際曲線圖探地雷達(dá)獲得的相關(guān)的頻段,包含了地下介質(zhì)準(zhǔn)電介質(zhì)等等。

波速可以通過(guò)公式加以計(jì)算。其中公式中的真空光速和地下介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)是可以計(jì)算出反射界面深度的。相對(duì)介電常數(shù)可以通過(guò)脈沖旅行時(shí)間和波速進(jìn)行計(jì)算,獲得相關(guān)的參數(shù)。在周?chē)ㄖ糜蟹瓷潴w的電導(dǎo)波和介電常數(shù)中,經(jīng)過(guò)反射脈沖信號(hào)的強(qiáng)度與介面的波反射系數(shù)和衰減系數(shù)的相應(yīng)的計(jì)算,得到了公路結(jié)構(gòu)中進(jìn)行雷達(dá)正常反射后形成的地質(zhì)雷達(dá)掃描波形。

2 公路結(jié)構(gòu)模型與探地雷達(dá)反射信號(hào)的關(guān)系。

(1)地形公路結(jié)構(gòu)與反射波形的探底雷達(dá)的信號(hào)獲取時(shí),應(yīng)該對(duì)公路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè),公路一般分為瀝青水泥混凝土面層和基層等。根據(jù)公路的等級(jí)和運(yùn)用的材料,先對(duì)面層的厚度進(jìn)行測(cè)量,有的面層厚度為8～30cm,有的面層厚度為20～40cm。

根據(jù)路基的厚度變化大小,產(chǎn)生的電性也是不同的,此時(shí)運(yùn)用探地雷達(dá)進(jìn)行界面的反射,可以看到反射脈沖的旅行時(shí)間和振幅,將這些層面的反射信號(hào)以及變化加以定性的解釋。向上的箭頭表示參數(shù)不斷增大,向下的表示不斷減小。在公路條件對(duì)應(yīng)的雷達(dá)信號(hào)上,電話可以通過(guò)探地雷達(dá)波形掃描記錄加以獲取,與公路有關(guān)介質(zhì)的物性參數(shù),也可以通過(guò)掃描記錄得到相應(yīng)的參數(shù)。通過(guò)這些參數(shù)的對(duì)比,我們可以計(jì)算出波速,最后得到各層的厚度,以及各層的電磁波傳播速度[1]。

(2)對(duì)于水分進(jìn)行計(jì)算是介電常數(shù)常見(jiàn)的水分關(guān)系的計(jì)算公式。利用地球物理對(duì)于測(cè)井中的體積模型進(jìn)行水分含量的估算。假定固體填料中包含了空氣和水,而天窗的空隙可以測(cè)算出各個(gè)段的脈沖旅行時(shí)間。通過(guò)對(duì)空氣含量和混合介質(zhì)進(jìn)行介電常數(shù)的計(jì)算,能夠得到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)常數(shù),隨著孔隙度變化的實(shí)際數(shù)據(jù)吻合,類(lèi)似于上述公式中的計(jì)算和和介質(zhì)可以進(jìn)行體積模型公式的計(jì)算,只要與雷達(dá)頻段與其他實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合,則可以測(cè)出最小水分體積含量,得到相應(yīng)的水分重量百分比[2]。

(3)計(jì)算壓實(shí)度可以參照水分重量百分比的公式進(jìn)行計(jì)算。

(4)對(duì)于脫空的計(jì)算,是要將充氣的脫空放在一個(gè)較強(qiáng)的峰值中,計(jì)算出脫空的深度和大小。按照水平范圍和托空的垂直距離進(jìn)行長(zhǎng)度和深度的關(guān)系的測(cè)試。在多次反射明顯的前提下,如果看不到多次異常的反射,則要進(jìn)行工作方法的調(diào)整。在進(jìn)行雷達(dá)反射和電磁波的穿透深度的計(jì)算中,需要采用常見(jiàn)的工作方法和特殊的場(chǎng)工作方法結(jié)合的方式,導(dǎo)電率高,頻率就會(huì)越高。

(5)工作方法分析。進(jìn)行雷達(dá)反射和電磁波的穿透深度的計(jì)算,需要采用常見(jiàn)的工作方法和特殊的場(chǎng)工作方法結(jié)合的方式,導(dǎo)電率高,頻率就會(huì)越高。對(duì)于工作公路質(zhì)量檢測(cè)來(lái)說(shuō),檢測(cè)的面層厚度一般是放置在基層病害的檢測(cè)基礎(chǔ)上的,在實(shí)際工作中,測(cè)線的布置要根據(jù)建設(shè)單位的要求,例如天線頻率的側(cè)布置要保證一定的探測(cè)深度,還要保證相應(yīng)的分辨率。

經(jīng)過(guò)測(cè)試,采用900MHZ振子天線進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候,發(fā)現(xiàn)探測(cè)深度越小,電磁波頻率就越高。這在例腔鏡面上進(jìn)行的測(cè)試是非常明顯的。水平采樣點(diǎn)上,布置側(cè)線可以每隔0.5m進(jìn)行一點(diǎn)采樣。此時(shí)實(shí)驗(yàn)要根據(jù)水平距離的自動(dòng)標(biāo)定,加以測(cè)線紋的連接,減少水平距離的積累誤差,每個(gè)測(cè)量段的距離可以小于2公里,進(jìn)行探測(cè)的時(shí)候垂向采樣率為512個(gè)點(diǎn)。

儀器設(shè)備的準(zhǔn)備可以使用進(jìn)口的儀器。在公路質(zhì)量檢測(cè)中,目前常使用的包括地理勘測(cè)儀器、探地雷達(dá)儀等等[3]。

3 案例分析

在某高速公路進(jìn)行探地雷達(dá)的檢測(cè)的時(shí)候,發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)氐穆坊?情況非常好,路基土層中沒(méi)有復(fù)雜的反射信號(hào),對(duì)于公路的涵洞的探測(cè)信號(hào)清晰可見(jiàn)。地質(zhì)雷達(dá)接收到很強(qiáng)的反射和信號(hào)時(shí),可以看到涵洞兩側(cè)有明顯的脫空,而且在建設(shè)的過(guò)程中,通過(guò)探地雷達(dá)的檢測(cè),發(fā)現(xiàn)路面沉陷的情況比較嚴(yán)重,結(jié)構(gòu)層遭到了破壞,有裂紋和路基變形的情況發(fā)生。此時(shí)用探地雷達(dá)可以探測(cè)巖層的厚度,確定了巖溶溶洞的深度和裂隙的大小,確定了局部的軟弱地帶。對(duì)于基層構(gòu)造斷裂帶進(jìn)行了圈定。在公路施工中,使用路面和路基厚度和密實(shí)度探測(cè)的方法,確定了裂縫和空洞,以及不均勻的情況。在公路維護(hù)過(guò)程中,對(duì)于基層結(jié)構(gòu)破損和破損的前兆進(jìn)行了檢測(cè),結(jié)合相應(yīng)的技術(shù)手段進(jìn)行了問(wèn)題的解決。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明,探地雷達(dá)應(yīng)用在公路建設(shè)的地質(zhì)勘測(cè)應(yīng)用中,能夠正確地評(píng)價(jià)公路路面以下的情況,在公路質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)中具有很好的精確度。通過(guò)嚴(yán)格的施工管理,采用連續(xù)精確的無(wú)損檢測(cè)手段,滿(mǎn)足了公路建設(shè)的相應(yīng)的技術(shù)要求。