趙林

（安徽省七星工程測試有限公司 安徽合肥 230000）

公路檢測中雷達無破損測試的應用研究

趙林

（安徽省七星工程測試有限公司 安徽合肥 230000）

使用年限較長的公路在自然條件和車輛荷載的不斷作用下會出現(xiàn)各種各樣的病害，因此公路檢測工作受到了人們的普遍重視。本文對在公路檢測中雷達法的原理進行了分析和介紹，并且對在公路瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度檢測、公路病害隱患檢測等各種檢測工作中雷達法這種快捷無損的檢測手段的應用進行了探討。

公路檢測；雷達法；無破損測試

引言

現(xiàn)在我國的公路交通事業(yè)發(fā)展的越來越快，但是因為我國具有復雜多樣的地形和廣大的山區(qū)面積，因此在地質(zhì)水文條件方面具有復雜多變的特點。如果在鹽漬土、多年凍土、巖溶、沙漠等特殊地質(zhì)區(qū)修建公路，在經(jīng)過長時間的老化之后，就會導致公路具有非常低的抗災能力。如果出現(xiàn)路面病害，在公路維修的經(jīng)濟性和有效性的各個方面都會受到一定的限制，所以采取科學合理的方法對路面的潛在問題進行及時檢測，盡可能地做好公路的維護工作，能夠有效地延長公路的使用壽命，使其行車質(zhì)量得以改善，并且將大量的公路維修費用節(jié)約下來。

1 我國的公路檢測現(xiàn)狀

在施工運營過程中對公路進行質(zhì)量控制的非常重要的一項內(nèi)容就對施工安全和公路工程質(zhì)量的檢測工作?，F(xiàn)階段，在我國一些公路的維修和養(yǎng)護工作中仍然使用傳統(tǒng)的公路檢測方式，這些公路檢測手段與公路檢測工作的發(fā)展需求相比顯得非常滯后?，F(xiàn)在的公路檢測方法主要包括兩種：①標準檢測，其主要是通過路面橫線系數(shù)測定儀、FWD、顛簸累積儀、平整度儀等專門的檢測設備和測繪工具或人為觀察的方式檢測路面的質(zhì)量，盡管這種方法具有簡單易行的特點，然而卻不能夠檢測和評價平家路面內(nèi)部的隱蔽結(jié)構(gòu)，只能夠檢測和評價幾何尺度層面，也無法評價路面的力學性能。②工程試驗檢測，這種檢測方法主要是采用隨機取樣的方式對已建成的公路的面層、基層墊層和路基等實施現(xiàn)場工程試驗檢測?，F(xiàn)在在檢測路面厚度的時候大部分還是選擇使用鉆芯取樣、人工測量的手段，同時人工測量手段在路面各結(jié)構(gòu)的含水量和壓實度等指標的測量工作中仍然得到了廣泛地應用，比如灌砂法和環(huán)刀法等，這些方法除了具有較差的代表性和較低的效率之外，而且還會極大地破壞到路面。為了使這種情況得到改善，當前公路檢測工作中必須要解決的一個問題就是針對實時、無損、高校和快速的公路檢測技術(shù)進行開發(fā)和應用。

2 雷達測試技術(shù)原理

所謂的探地雷達技術(shù)主要是通過在不同電磁性介質(zhì)中高頻電磁脈沖波的傳播規(guī)律的利用，針對地下目標的特征和分布形態(tài)進行探測的一種方法。探地雷達具有檢測內(nèi)容豐富、無破損、速度快、測量密度高以及可以連續(xù)作業(yè)等一系列的優(yōu)勢，而且還可以實時地處理資料，因此在我國的很多領(lǐng)域都得到了廣泛地應用。探地雷達利用地表的發(fā)射天線可以通過寬頻帶短脈沖的方式不斷地將高頻電磁波發(fā)射到路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部[1]。在地層不斷傳播的過程中，如果電磁波遇到存在著物性或者電性差異的分界面、孔洞等介質(zhì)，就會將反射界面形成，并且出現(xiàn)發(fā)射，而地面的接收天線則會對反射回來的電磁波進行接收，隨后利用顯示裝置等在時間域中對回波、波長、振幅等特征進行識別和確定，并且將雙程走時確定下來。與空氣相比，地層中介質(zhì)的電磁波具有較強的衰減特性，再加上非金屬物體與周圍介質(zhì)之間具有較小的差異，所以與金屬相比目標反射波能量也比較小。同時地質(zhì)情況本身存在著較強的多解性，所以在地層中的電磁波更加復雜。彈性傳播理論和電磁波傳播理論兩者之間具有較多的相同之處，兩者的波動方程具有同一形式。而在處理和分析資料的時候，則可以充分地利用在運動學方面兩種波的相似性。雷達法目前是一種常用的路面雷達測量方法，其主要是采用固定間距的方式對接收天線和發(fā)射天線進行沿線同步移動，這樣就能夠?qū)⒃摐y線的雷達時間—平距剖面圖像獲得，再對其實施進一步處理之后，就可以將能夠深度—平距正演圖像獲得。隨后再結(jié)合圖像的同相軸形狀、振幅、頻率和鉆探資料、地質(zhì)資料等解釋圖像，從而對路面、路基的工程質(zhì)量狀況進行全面地了解[2]。

3 雷達無破損檢測在公路檢測中的具體應用

3.1 在檢測公路各結(jié)構(gòu)層厚度時探地雷達的應用

公路路面一般都會采用瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，而道路的質(zhì)量在很大程度上取決于各結(jié)構(gòu)層厚度。在一定的環(huán)境條件下，具有合理厚度的瀝青路面能夠?qū)︻A期的交通荷載進行承受，除了不會出現(xiàn)過早的結(jié)構(gòu)損壞之外，還可以將大量的原材料節(jié)省下來。然而在荷載不斷加重、交通量不斷增長、車速不斷提升以及道路等級越來越高的同時，瀝青路面也要承受越來越大的荷載，所以必須要嚴格要求瀝青面層的厚度。在傳統(tǒng)的路面結(jié)構(gòu)層厚度檢測工作中往往都是采用挖坑或者鉆芯取樣的方式對路面實施人工手動測量，這種測量方式具有較大的隨機性、較低的效率、浪費物力、財力和人力等問題，還會導致路面結(jié)構(gòu)的整體性受到破壞[3]。而是采用雷達無破損測試的方式檢測路面結(jié)構(gòu)層的厚度則能夠有效地避免上述的幾項問題，在檢測路面結(jié)構(gòu)層的時候主要是利用在各結(jié)構(gòu)層交界面上電磁脈沖的發(fā)射時間和具體的傳播速度計算出來的。在這種情況下，檢測厚度的重點就是要對各個結(jié)構(gòu)層界面的回波時間進行檢測，并且將在道路各個結(jié)構(gòu)層內(nèi)電磁波的短波速度確定下來。在圖1中，形成于空氣—路表界面的反射波波幅用A0表示；形成于面層—基層界面的反射波波幅用A1表示；形成于基層—土基界面的反射波波幅用A2表示；△t1、△t1分別是在面層、基層中反射波的往返時間。

圖1 雷達檢測深度原理示意圖

3.2 在檢測病害隱患時探地雷達的應用

3.2.1 識別空洞和脫空

通常會在剛性路面上出現(xiàn)脫空的病害，大量的研究表明，在混凝土路面上廣泛存在著局部脫空的現(xiàn)象，與周圍的介質(zhì)相比，路面結(jié)構(gòu)層中的脫空和空洞等在介電特性方面存在著較大差異，保存完好的空洞具有較高的電阻率特性；與之相反，則具有低電阻率特性。探地雷達無損檢測法識別脫空主要是對反射信號受到的空洞的影響進行了利用[4]。在圖2中，左圖表示路面下的脫空現(xiàn)象，混凝土—空氣的界面反射形成了反射波，A；空氣—基層的界面反射形成了反射波B，A和B的疊加結(jié)果就是反射波C。A、B的反射系數(shù)具有一正一負的特點，因此造成兩反射波出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)的相位。只要將反射波的時間差確定下來，就能夠?qū)γ摽栈蛘呖斩吹纳疃冗M行計算。

3.2.2 識別瀝青剝落層

圖2 雷達識別脫空原理示意圖

瀝青層的含水量與其剝落情況具有密切關(guān)系，如果其具有較高的含水量，就會導致集料與瀝青之間的粘接力不斷降低，最終引發(fā)瀝青的剝落現(xiàn)象。在正式加鋪舊路面之前，必須要對路面的剝落情況進行詳細地了解。國外某學院在研究幾段公路的剝落情況時發(fā)現(xiàn)，如果瀝青層沒有剝落的現(xiàn)象，那么采用雷達測試時只有兩個波峰存在于回波中，其中一個波峰在路表出現(xiàn)，而另一個在基層與瀝青面層的界面出現(xiàn)；如果瀝青層存在剝落現(xiàn)象，這時候就會有一個波峰出現(xiàn)在回波中基層面層界面反射和路表反射之間。該波峰峰值會隨著剝落程度的加大而相應加大，由此可以準確地識別瀝青剝落層[5]。

4 結(jié)語

實踐結(jié)果表明，與傳統(tǒng)檢測方法相比，雷達法具有基本一致的檢測精度，能夠使公路檢測的各項需求得到充分的滿足，而且其具有無損、快速以及便捷的特點，在未來的公路檢測中具有廣泛的應用前景。

[1]查慶，朱梅林，王偉.地質(zhì)雷達檢測技術(shù)在公路工程檢測中的應用[J].北方交通，2015（01）.

[2]周敏，黎富春.探地雷達在檢測公路面層厚度中的應用[J].建筑監(jiān)督檢測與造價，2011（01）.

[3]張國柱，史建.雷達技術(shù)與超聲技術(shù)在公路工程質(zhì)量檢測中的應用比較分析[J].公路交通科技（應用技術(shù)版），2010（03）.

[4]王麗麗.談現(xiàn)代化無破損檢測技術(shù)在公路工程中的應用[J].山西建筑，2014（14）.

[5]李榮連.淺談公路工程中現(xiàn)代化無破損檢測技術(shù)[J].科學之友，2011（11）.

U412

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1004-7344（2016）15-0144-02

2016-5-12