戴安婵 肖智安 张琴光

西南交通建设集团股份有限公司

摘 要： 高速公路的大规模建设,缩短公路工程使用寿命,带来像公路路基病害等很多问题。地质雷达是一种优质检测方式,应用于公路路基检验中,能够提升检测精度。本文主要致力于探究地质雷达技术在公路路基质量检测中的应用情况,首先指明地质雷达技术及公路路基检测工作原理,通过分析雷达图像处理和成果解释,结合具体的检测流程,最终详细的阐明高速公路路基质量检测中地质雷达技术的应用情况。

关键词： 质量检测;公路路基;地质雷达;

对路面病害、厚度的检测,随着现代高等级公路发展应运而生,且在高等级公路路面质量中,路面结构层厚度、路基填料的均匀密实度等是其关键性指标。所以怎样快速反映病害问题、结构层厚度,寻求简便快捷的检测方式,地质雷达在勘察手段、检测设备中脱颖而出。

1 地质雷达路基检测

地质雷达主要应用高频电磁波方法实施,向地下目的体发射宽频带电磁脉冲,均经发射天线的方式完成,之后接收反射过来的电磁脉冲信号。高频电磁波会因介质电性特征出现路径、强度的转变。经采集、处理时域波形信号,确定空间分布状态。主要选择钻芯取样方式,实施路面质量评价和厚度检测,是传统检测路基路面厚度主要方式,但是存在一定局限性,随机性很大,造成局部内部结构不良段落遗漏,缺乏一定的代表性。另外,对路基路面而言,这种方式检测的工作量大、速度缓慢,难以适应公路行业发展需要。

通过对地质雷达方法的应用,可保证在完成路基路面检测任务时的高效、无损、快捷、连续,不同介质介电常数不同,提供了必要的物理前提。当有沉陷、翻浆等地质现象出现在路基路面层位中,在电磁波图形上,病害部位表现为极其显著的不连续性。

2 雷达图像处理和成果解释

2.1具体处理过程

在室内中应用野外获得雷达图像,会实施像地形高程、距离修正,编辑标记、调整水平比例等处理。选择组合数字滤波、反褶积、多种数学计算功能等数字处理技术,以及消除衍射或高频噪声干扰等情况。在数字滤波中限脉冲响应滤波(FIR)技术获得广泛性应用,需结合公路路基工程施工特点和地质结构,获得显著直观地质雷达检测图像,完成探测结果的解释。

图1 地质雷达工作原理图 *载下**原图

图2 路面下路基中的缺损检测图 *载下**原图

2.2公路主要病害和路面结构

通常情况下,公路结构可划分为基层(厚度约 30cm)、面层(厚度约 15cm)、路基等。因地基土软弱、压实度不够、不良地质构造、地质病害等情况存在于路基下面,以及人类的采矿活动等,造成路基失稳而发生滑塌,形成空洞、裂缝现象。另外,基于车辆荷载的反复作用下,公路路面甚至出现沉陷的现象。

3 公路路基结构雷达图像特征

电磁波界面上下各层介电常数差异,和反射系数的大小存在极大的关联性,反射特性和介质的介电常数有关。显著层状介质反射波特性,是雷达反射图像特征,但是会有扭曲、变形等情况出现在图像中连续层状反射波中。在雷达图像中,路基中存在的病害存在显著反射信号:沿着裂缝当地下水侵入路基某层,加上水相对介电常数为81,其含水量显著增多,雷达图像反映出高含水性反射波优势;一些空洞会产生绕射波,洞穴型双曲线反射波组。当路基岩土产生沉陷时,沉陷带和周围地层出现错动,雷达图像中出现错位或断开,表现为显著的反射同相轴不连续现象。

4 地质雷达技术具体检测流程

数据采集。左右拱腰、拱顶五条测线、左右边墙,是检测的主要位置,所以积极明确测线数和衬砌检测部位极其关键,需在衬砌上标注里程,用于对应检测路基真实部位和雷达图像部位。同时设置合理化的参数,保证移动速度尽量均匀平稳,天线贴壁情况是否良好,采集数据前实施多次试验,降低异常体辨别和数据层位识别那怒道,选择出恰当的参数。技术人员在天线经标准里程后,需输入数据、操作打点器,维持3～5km/h的速度促进天线向前移动、仪器操作人员在采集数据前,检测记录好起始里程、检测部位,完成之后记录文件号和结果里程。

数据处理。地质雷达数据能够增强有效信号,用于压制非异常体杂乱回波,以及随机干扰的出现,提升信噪比分辨率。垂直滤波、水平滤波和褶积,是常见的数据处理方式,应用前应当实施测量方向和零点校正,切除记录首尾的废段。保证在数据处理中,信号不失真、标记位置准确性,提升信噪比。

资料解释。在介电常数和掌握测量路段结构基础上,接触数据处理后实施资料解释,依据有关资料、已知到未知定性指导原则施工,实施干扰异常和有效异常的鉴别。经增益处理、介质速度估计、文件编辑、滤波等分析后,雷达资料可依据已知介质介电常数,公路里程、测量数据等,推算出目标体位置深度。

5 高速公路路基质量检测中地质雷达技术的应用情况

5.1检测项目和工程示例

某公路之前已经建成通车,为双向 4 车道,混凝土路面全长 118km。因工后沉降或路基变形,一些路基和桥头填方路段,造成路面平整度下降、整体下陷裂缝等病害存在。通过公司组织单位对损坏严重路段实施路基灌浆措施。受公司委托,地质雷达检测局部路段,用于提高处治针对性,减少工程处治措施盲目性,完成高速公路路基质量评价。路基的工后沉降一般会造成路面结构等整体沉降或脱空的出现,严重影响路面安全和行驶质量,出现路面板断裂。另外,路基变形还能够产生更大的危害,造成路基继续沉降。经路基检测,能够及时防止病害的发展,选择预防性养护措施完成,及早发现路面板以下病害。经对路基的检测,避免维修和养护盲目性,准确确定病害部位,节约维修成本。

选取均为路面沉陷段( K23+588～K23+688,K27+260～K27+420),实施路基质量检测。

5.2对设备及现场工作的检测

选择的地质雷达,型号是GSSI 系列 SIR- 3000,经美国劳雷公司研制生产,具备稳定性强、结果处理便捷、测试精度高等优势特色。选择 100MHz 低频天线测试,应对路基填筑质量评价要求,满足本次测试的要求,控制10～15m 之间是测试的深度范围。100MHz 天线使用 5 点增益 - 50～50,工作时窗选择 300ns,选择车载式连续测量,点数为 512 个。

之后检测路基填筑质量,沿各车道中心线测试,设置 3 条检测线。另外,路基质量评

价测试记录表,按照现场测线布置示意图完成,具体情况见表1。

表1 路基质量评价测试记录表 导出到EXCEL

5.3雷达测试结果分析

表2 K27+260～K27+420 段路基填筑质量检测成果 导出到EXCEL

表3 K23+588～K23+688 段路基填筑质量检测成果 导出到EXCEL

分别选择典型实测图等说明在路基质量评定中,地质雷达的具体应用情况。经分析试验段的测试结果,发现现场病害和雷达信号所反映情况具有一致性。经雷达测试信号,能够判断出缺陷类型,快速准确定位缺陷位置,避免盲目操作产生不必要浪费,为进一步处治提供准确信息。另外,在路基检测中,当路基完好,则 电磁波高频弱振幅,扫描线平直、连续,各层位清晰可见,信号同相轴一致,证明此段路基完好;当桥头位置附近处情况,基于地质雷达检测: 扫描线向下凹,图像发生紊乱,同相轴连续性较差,由此可以清晰看到该路段基层和路基存在轻微下陷,路面呈现凹状,可见由于下陷造成桥头出现明显的跳车现象;路基填土不密实的情况,路基填土不密实在地质雷达图像表现为图像出现较为严重的紊乱,同相轴连续性差,反射波能量变化大,电磁波扫描线上下间距增加,呈疏松状,甚至强疏松,说明路基松软,压实度未达到要求;当有异常体如路基某处有空洞时,电磁波表现为低频( 相对高频) 强振幅,扫描线呈拱形突出,图像严重紊乱,同相轴连续性很差。

6 结语

在对高速公路路基质量评定中,选择地质雷达的方式进行检测,能够对路基不密实、空洞、下陷等质量缺陷进行准确、快速化的检测,积极选择预防性养护措施,提供科学准确的依据,防止病害的发生。且随着地质雷达检测技术的不断完善和发展,地质雷达检测将成为路基质量评定中重要的手段之一。

参考文献

[1] 高伟杰.地质雷达在公路质量检测领域中的应用研究.交通世界(上旬刊),2018,26(8):34-35.

[2] 王杰.地质雷达在公路路面质量检测中的应用分析.科学与信息化,2019,11(12):8.

[3] 栾冬玲.地质雷达在公路工程质量检测中的实践.建筑工程技术与设计,2018,15(2):997.

[4] 胡伟,冯柳雄,宋健.浅析地质雷达在公路隧道工程检测中的应用.建材与装饰,2019,28(29):236-237.

[5] 徐振华,唐齐许.地质雷达在大坝交通桥空心板桥梁检测中的应用.勘察科学技术,2019,22(3):49-51.

[6] 汪旭,孟露,程德胜,等.TBM施工隧道管片衬砌段回填注浆质量检测综合物探方法研究及应用.隧道建设(中英文),2019,39(z1):166-175.

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