尹付州

(新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊 830006)

探地雷達(dá)是利用高頻電磁脈沖的反射來探測(cè)目的體的一種簡(jiǎn)便、快捷的電磁探測(cè)方法。探地雷達(dá)系統(tǒng)由一體化主機(jī)、天線及控制電纜組成。雷達(dá)檢測(cè)時(shí)，向地下介質(zhì)發(fā)射一定強(qiáng)度的高頻電磁脈沖(幾十兆赫茲至上千兆赫茲)，不同頻率的天線探測(cè)能力不同，頻率越高，探測(cè)深度越大，精確度越高。當(dāng)電磁脈沖遇到不同電性介質(zhì)的分界面或介質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)就會(huì)出現(xiàn)電磁波的強(qiáng)反射現(xiàn)象。電磁波在不同性質(zhì)的介質(zhì)中的傳播速度不同，探地雷達(dá)接收并記錄這些信號(hào)，再通過進(jìn)一步的信號(hào)處理和解釋即可了解地下介質(zhì)的情況。目前，探地雷達(dá)方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多種勘察行業(yè)中，可應(yīng)用于探測(cè)地下洞穴、劃分地層結(jié)構(gòu)、混凝土質(zhì)量檢測(cè)、路面質(zhì)量檢測(cè)等方面，本文以小草湖—烏魯木齊高速公路路面檢測(cè)工程來介紹探地雷達(dá)在路面檢測(cè)中的應(yīng)用。

1 工程概況

依據(jù)國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃，小草湖—烏魯木齊高速公路將由現(xiàn)在的雙向四車道規(guī)劃為雙向八車道，為了評(píng)價(jià)現(xiàn)有路基路面狀況以及在規(guī)劃方案中的可利用程度，須對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。主要檢測(cè)瀝青面層、水穩(wěn)層的厚度，以及瀝青面層、水穩(wěn)層、上部路基的病害?，F(xiàn)有公路路基由于含水量過高、承載力不足、壓實(shí)度達(dá)不到要求等原因，會(huì)產(chǎn)生沉陷，形成空洞、暗穴等現(xiàn)象;瀝青面層、水泥穩(wěn)定碎石層在荷載的反復(fù)作用、自然風(fēng)化因素的影響下，會(huì)逐漸出現(xiàn)損壞，形成路面沉陷、車轍推移、開裂、破碎等現(xiàn)象。

2 雷達(dá)檢測(cè)

本次檢測(cè)共在兩側(cè)硬路肩、行車道、超車道等三部位沿縱向布置六條測(cè)線，其中行車道、超車道檢測(cè)里程為K3467+000～K3584+000，硬路肩檢測(cè)里程為K3471+000～K3584+000，測(cè)線總長度達(dá)694 km。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)采用青島電波所生產(chǎn)的LTD-2100探地雷達(dá)和GC900 MHz地面耦合式一體化天線進(jìn)行。雷達(dá)檢測(cè)時(shí)，天線放置于測(cè)量小車中，保持天線與瀝青層表面極近距離，由雷達(dá)主機(jī)發(fā)射雷達(dá)脈沖，進(jìn)行快速連續(xù)采集。為保證測(cè)線長度及里程的準(zhǔn)確性，使用測(cè)量輪觸發(fā)采集數(shù)據(jù)，并依據(jù)公路里程標(biāo)每1 km存儲(chǔ)為一個(gè)脈沖數(shù)據(jù)文件。

3 數(shù)據(jù)處理

將野外采集的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)中，首先進(jìn)行預(yù)處理，即定標(biāo)點(diǎn)的編輯、文件頭參數(shù)設(shè)定及距離均一化。編輯文件頭，設(shè)定適當(dāng)?shù)膮?shù)，并進(jìn)行距離均一化。

經(jīng)過預(yù)處理后，要進(jìn)行一系列的振幅譜分析、功率譜分析、相位譜分析等數(shù)字化信號(hào)處理，以及零線設(shè)定、背景去噪、增益、譜值平衡、濾波、希爾伯特變換、反褶積等常規(guī)信號(hào)處理。

經(jīng)過信號(hào)處理后，可以有效地壓制干擾信號(hào)的能量，提高雷達(dá)信號(hào)的信噪比，將異常突出化，使雷達(dá)圖像更易于識(shí)別地質(zhì)信息，清晰的反映地質(zhì)現(xiàn)象，從而提供更準(zhǔn)確的解釋結(jié)果。

探地雷達(dá)圖像的分析有定性和定量?jī)煞N，定性分析主要在對(duì)病害范圍規(guī)模的判斷上，定量分析主要在各層厚度的判定上，各層厚度的判定主要是界面的追蹤及電磁波的速度的確定。

表1 病害段落統(tǒng)計(jì)表

4 成果分析

通過對(duì)探地雷達(dá)的成果分析、解譯，沿線各車道的瀝青面層完整、均勻度較好，厚度在13 cm～15 cm之間。

水泥穩(wěn)定碎石層厚度在26 cm～32 cm之間，部分段落的水泥穩(wěn)定碎石層存在破碎、沉降現(xiàn)象，見圖1及表1。

從表1可以看出，各車道間的病害段落對(duì)應(yīng)較一致，病害較集中，病害機(jī)理一致，應(yīng)為施工壓實(shí)不均，車輛荷載碾壓而形成。

5 結(jié)語

1)本次探地雷達(dá)的路基路面檢測(cè)，達(dá)到了預(yù)定的效果，查明了瀝青面層、水泥穩(wěn)定碎石層的分層厚度以及病害段落分布，為小草湖—烏魯木齊高速公路升級(jí)規(guī)劃提供了必要的前期資料。

2)由于探地雷達(dá)為物理無損檢測(cè)技術(shù)，是一種電子信號(hào)，并不能直觀地反映出被探測(cè)體的真實(shí)物理特征，需要對(duì)其檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，以指導(dǎo)后期的更加詳實(shí)的數(shù)據(jù)處理與解釋。

［1］曾昭發(fā).探地雷達(dá)原理與應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2010.

［2］姚祖康.公路設(shè)計(jì)手冊(cè):路面［M］.第3版.北京:人民交通出版社，2006.