彌苗苗

摘 要：道路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)對于經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展以及確保公路交通安全通行具有重要保障作用。公路路面的整體質(zhì)量以及裂縫情況直接影響著后期的使用效果，使用先進(jìn)技術(shù)快速、精準(zhǔn)的檢測公路路面的裂縫現(xiàn)狀有著現(xiàn)實意義。通過對彈力雷達(dá)檢測技術(shù)理論分析，以及探索該技術(shù)在公路路面裂縫中的應(yīng)用，從而掌握這一新興技術(shù)在路面檢測工作中的可靠性與準(zhǔn)確性，結(jié)果顯示在公路路面裂縫檢測中合理使用探地雷達(dá)技術(shù)有著明顯的積極作用。

關(guān)鍵詞：探地雷達(dá)技術(shù) 公路 路面裂縫 檢測應(yīng)用

1 引言

隨著城市交通運(yùn)輸量以及建設(shè)規(guī)模不斷加大，受到城市環(huán)境與城市交通發(fā)展等因素影響，公路路面出現(xiàn)了更多的裂縫病害問題。公路路面裂縫問題直接關(guān)系著公路的使用性能與行車安全性，再加上路表積水順著裂縫不斷往下浸泡，道路內(nèi)層的半剛性基層被侵蝕現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重，最終導(dǎo)致路面基層失去承載功能與可靠性，從而引起脫空、卿漿等次生問題，對于公路整體運(yùn)行效率而言影響較大。另外，有裂縫的公路還會受到車輛的溫度與荷載影響，從而促使裂縫不斷擴(kuò)散，進(jìn)一步降低路面的使用期限和穩(wěn)定性?；诖?，使用探地雷達(dá)無損檢測技術(shù)，能夠精準(zhǔn)檢測道路裂縫，從而為裂縫問題提供有效的應(yīng)對方案，以確保公路運(yùn)行的可靠性。

2 探地雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用原理及構(gòu)成元素

2.1 應(yīng)用原理

探地雷達(dá)技術(shù)就是一種運(yùn)用高頻無線電磁波來確定某個介質(zhì)內(nèi)部物質(zhì)分布特征的探測技術(shù)，不一樣的天線探地雷達(dá)具備著不同的頻率范圍，并且該部分直接關(guān)系著探測的分辨率和最后的檢測深度。運(yùn)用探地雷達(dá)技術(shù)對道路內(nèi)層發(fā)射高頻電磁波后，在電磁波全程傳播當(dāng)中，若是出現(xiàn)電性差異比較明顯的地下介質(zhì)以后，發(fā)射出的電磁波就會產(chǎn)生相應(yīng)的反射，并將相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳遞到上方的電磁波，從而被天線有效接收到，利用先進(jìn)的大數(shù)據(jù)技術(shù)深度分析和處理接收到的雷達(dá)回波信號，探究其實際特點(diǎn)，便能獲得路面內(nèi)層的所有密實度、厚度以及存在的裂縫問題等[1]，雷達(dá)探測示意圖具體見圖1。

在雷達(dá)檢測過程中，因為高頻電磁波會穿過路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)之后穿梭在各種介質(zhì)層中，就會出現(xiàn)一定的反射或者折射情況，進(jìn)而影響著高頻電磁波的波形和振幅，通過這樣的顯示特點(diǎn)便能精準(zhǔn)判斷路面結(jié)構(gòu)的具體數(shù)據(jù)與信息[2]。

2.2 探地雷達(dá)技術(shù)構(gòu)成元素

發(fā)射器：該部分可以充分保存相應(yīng)能量，同時能夠獲取短期釋放，從而形成相應(yīng)的單周期雷達(dá)信號和脈沖，借助技術(shù)內(nèi)部當(dāng)中的分離器，便能對天線傳遞相關(guān)數(shù)據(jù)，隨后借助天線完成電磁波對路面系統(tǒng)傳送信號環(huán)節(jié)。

接收器：該部分的主要功能和作用就是有效收集反射信號，還可以逐漸擴(kuò)大收集到的相應(yīng)信號，隨后促使信息傳導(dǎo)到處理器中，對收集到的信號進(jìn)行有針對性的分析和處理。

天線：在道路檢測中有效應(yīng)用低碳雷達(dá)技術(shù)，可以實時接收電磁波發(fā)射出來的相應(yīng)信號，針對探地雷達(dá)技術(shù)相對應(yīng)的天線一共分為兩種，也就是地表耦合型與耦合型[3]。

分離機(jī)：在電磁波射頻發(fā)射當(dāng)中，將借助分離機(jī)來連接發(fā)射器和天線，與此同時還可以在處理短時發(fā)射情況的同時，并切斷發(fā)射器和天線之間的連接，從而把接收機(jī)和天線之間連接在一起[4]。

3 路面檢測現(xiàn)狀及問題

3.1 工程概述

甘肅省某市某道路的路面結(jié)構(gòu)主要是13cm的水泥礫調(diào)平層，其混凝土主要為7.5cm的浙青混凝土、加上16cm的水泥碎石基層、還包括了15cm水泥砂確底基層[5]。早在十幾年前，該公路就已經(jīng)建設(shè)投入使用，因為此公路所處的地段有著非常豐富的石料資源和礦產(chǎn)資源，其周邊就有一座水泥廠和多處煤礦，所以該道路的超載以及承重情況比較突出?，F(xiàn)如今，由于該公路的使用期限與負(fù)荷運(yùn)營超出預(yù)期，并且很多路面已經(jīng)出現(xiàn)了各類病害問題，例如龜裂、縱橫向的裂縫問題、大面積塊狀裂縫病害等[6]。近幾年已經(jīng)此公路進(jìn)行了有效修復(fù)，并在路面添加了2.5cm厚度的瀝青混凝土，以此覆蓋在表層，但是這樣的修復(fù)方式僅僅能夠改善道路的表面功能，針對道路實際結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化效果并不明顯，很難有針對性的應(yīng)對路面結(jié)構(gòu)裂縫和開裂問題，所以還需要制定更有針對性的修復(fù)方案。結(jié)合實際情況使用先進(jìn)的檢測技術(shù)探測該道路的病害問題，比如有效使用探地雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行檢測，并為道路病害問題制定專業(yè)的應(yīng)對措施和后期保養(yǎng)方案。

3.2 路面檢測現(xiàn)狀

一般情況下，在公路路面檢測中，相關(guān)施工人員會按照國家執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范開展檢測工作，確定路面的各項性能，客觀評估路面實際運(yùn)行狀況。在路面維護(hù)中可能會使用灌砂法填充路面，然而其中包含了較大的細(xì)沙體系，這會不斷增加地基之間的孔隙，很容易產(chǎn)生密實度不滿足要求的現(xiàn)象，并且路面在實際應(yīng)用中很容易出現(xiàn)裂縫、下沉等問題，嚴(yán)重情況下還會發(fā)生安全事件。而利用先進(jìn)技術(shù)檢測路面實際情況與質(zhì)量問題，可以在數(shù)據(jù)分析中了解路面的承載力與裂縫情況，進(jìn)而實施有針對性的應(yīng)對方案提升路基的穩(wěn)定性。然而現(xiàn)階段很多領(lǐng)域更加注重于公路新建，缺乏有針對性的路面養(yǎng)護(hù)工作，造成路面壽命減縮，嚴(yán)重影響地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人們安全出行。重視新建忽視檢修的思想主要體現(xiàn)在建設(shè)資金較多、維護(hù)成本較高，養(yǎng)護(hù)設(shè)備較差，檢測設(shè)備與技術(shù)落后。精準(zhǔn)的檢測數(shù)據(jù)可以為養(yǎng)護(hù)工作提供數(shù)據(jù)參考，但是不管是檢測技術(shù)還是檢測設(shè)備都有一定的局限性，這與公路路面檢測重視力度有著密切聯(lián)系。為此，要想保障公路安全運(yùn)行，提升路面運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，必須要借助更加先進(jìn)的路面檢測技術(shù)，深度分析公路路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在的問題，及時進(jìn)行養(yǎng)護(hù)與檢修。

3.3 技術(shù)應(yīng)用問題

采集、分析和處理數(shù)據(jù)工作相對復(fù)雜，在分析探地雷達(dá)技術(shù)檢測數(shù)據(jù)時，必須要全面掌握專業(yè)是數(shù)據(jù)分析和處理軟件，以此加大了實際操作難度。在使用探地雷達(dá)技術(shù)時，需要選擇符合技術(shù)應(yīng)用的環(huán)境開展檢測工作，如此才能提升數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。探地雷達(dá)技術(shù)需要高標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備設(shè)施，這樣才能保障數(shù)據(jù)采集的真實性與精準(zhǔn)性，以上問題都會影響探地雷達(dá)技術(shù)的實際應(yīng)用效果。

4 探地雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用分析

4.1 路面裂縫檢測關(guān)鍵點(diǎn)

4.1.1 天線中心的頻率

在公路道路檢測工作中有效應(yīng)用探底雷達(dá)技術(shù)，還需要合理協(xié)調(diào)系統(tǒng)參數(shù)，其中，最關(guān)鍵的參數(shù)之一就是天線中心頻率，此部分直接影響著系統(tǒng)檢測的分別率與檢測深度。為了進(jìn)一步提高到了檢測的準(zhǔn)確率，必須要合理使用不同的天線中心頻率來有效檢測公路路面的實際狀況，進(jìn)而深度分析檢測結(jié)果，以此獲得最標(biāo)準(zhǔn)的頻率數(shù)據(jù)。在實際應(yīng)用探地雷達(dá)技術(shù)時，要選擇頻率最高的天線，還要結(jié)合實際情況確定天線大小。通常而言，如果天線中心頻率更高，那么道路的檢測深度就會更深，則分辨率也就更高。例如對于檢測深度達(dá)到5m時，則需要控制天線中心頻率在100MHz左右，以此可以精準(zhǔn)定位公路路面中的裂縫位置，還能識別出基層的整體結(jié)構(gòu)，最終可以評估出內(nèi)部結(jié)構(gòu)的含水量與裂縫狀況[7]。

4.1.2 設(shè)置測線

在正式檢測之前，相關(guān)人員可以提前設(shè)定測線位置，不斷試驗測線方向，以此保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確率，并且在實際檢測過程中，相關(guān)人員有必要結(jié)合試驗檢測結(jié)果和實際情況，合理使用剖面檢測方法開展工作，整合頻率不同的天線組建成屏蔽天線，從而融合天線頻率，明確更多參數(shù)。在本次檢測過程中，可以使用中心頻率在100 MHz——400MHz之間的天線，以此組建成屏蔽天線組合，把輻射的時間寬度控制在2.5ns、5.0ns、7.5ns，同時逐步加大，將向下的輻射距離把控在0.25m、0.50m、0.75m，如果需要檢測的公路裂縫情況非常嚴(yán)重，整體情況在不斷加劇中，那么需要結(jié)合實際情況慢慢加大測線密度，以此保證檢測結(jié)果的精準(zhǔn)度和真實性[8]。

4.1.3 檢測速率

在公路路面檢測工作中應(yīng)用探地雷達(dá)技術(shù)時，其中的檢測速度表示為天線移動的速度，該元素直接影響著和雷技術(shù)掃描的精準(zhǔn)度，如果天線的整體移動速度加快，那么在檢測過程中便會出現(xiàn)信號缺失的情況，從而導(dǎo)致公路路面裂縫問題具體影響原因難以識別到。若是天線的移動速度過慢，則公路路面的監(jiān)測質(zhì)量便能得到相應(yīng)保障，但是這樣也會制約檢測作業(yè)的效率。因此在檢測之前必須要開展檢測試驗活動，明確最合適的檢測速率，防止因為檢測速度控制問題而影響探地雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用效果，影響最終的檢測結(jié)果。

4.2 裂縫檢測模型

4.2.1 數(shù)值模擬

因為本次檢測的公路路面結(jié)構(gòu)主要為半剛性基層和面層，其中有兩中材料比較相似，而且單層最大的厚度一共有16cm，所以在設(shè)定相關(guān)參數(shù)時，可以把天線的頻率限制在1000 MHz。對于面層與基層當(dāng)中的介電常數(shù)，特別是裂縫當(dāng)中的介電常數(shù)，也可以將其表示為空氣介電常數(shù)，對于該部分的計算公式如下：

在本公式當(dāng)中，代表了光速，速度達(dá)到了；其中的表示為波速，單位為m/s；則代表了芯樣的厚度；反映了道路測試時間。當(dāng)芯樣厚度達(dá)到16cm后，對于基層的測試時間一共有4.5ns，而面層測試時間則有2.5ns。因為道路中的空氣本身并沒有導(dǎo)電性能，所以電導(dǎo)率是0，而基層和面層的導(dǎo)電性比較差，所以電導(dǎo)率可以控制在0.001s/m。

為了區(qū)分不同寬度路面呈現(xiàn)出來的反射電磁波信號，可以模擬寬度適合的裂縫，該裂縫內(nèi)部的介質(zhì)主要為空氣，并且裂縫的垂直方向?qū)粩嘌诱沟交鶎硬糠?，模擬具體結(jié)果比如圖2、圖3所示。

4.2.2 模型分析

結(jié)合上文提到的裂縫模擬演示，從理論上來看，探地雷達(dá)技術(shù)很難準(zhǔn)確識別寬度有8cm以下的裂縫；但是基于圖像而言，該技術(shù)也不能精準(zhǔn)定位寬度為8cm以下的裂縫嚴(yán)重等級，所以要想精準(zhǔn)定位路面裂縫情況，一定要提前處理那些細(xì)小的裂縫問題。根據(jù)探地雷達(dá)技術(shù)，其內(nèi)部能夠在裂縫定位中發(fā)射出相應(yīng)振幅，而該結(jié)果和沒有裂縫情況的路面形成的振幅差異相結(jié)合之后，便能有效識別和定位實際裂縫情況。圍繞模擬最終結(jié)果來分析，可以了解到反射波的振幅和路面的裂縫寬度呈現(xiàn)正比關(guān)系；如果路面中的裂縫寬度不斷變化或加寬，則反射波的振幅變化不明顯，體現(xiàn)了路面裂縫的寬度變化對發(fā)生振幅變化的影響強(qiáng)度在慢慢變?nèi)?，深度分析裂縫跨度與振幅之間的關(guān)系，可以進(jìn)一步明確影響反射波振幅變化的各種元素與指標(biāo)[9]。

4.2.3 實際檢測分析

結(jié)合模型最終結(jié)果分析，我們可以知道路面的裂縫寬度直接關(guān)系著反射波的振幅變化，為此，可以選擇本次檢測道路中的裂縫路面和適量的芯樣進(jìn)行現(xiàn)場實測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，芯樣的檢測結(jié)果和探地雷達(dá)技術(shù)的檢測結(jié)果不同，說明了該技術(shù)能有效識別寬度不同的裂縫情況。另外，在實際檢測中可以發(fā)現(xiàn)，芯樣檢測結(jié)果顯示路面裂縫寬度直接關(guān)系著反射波的振幅變化，并且當(dāng)路面裂縫逐漸加寬之后，其對于反射波的影響力度逐漸變?nèi)趿?，其結(jié)果和探地雷達(dá)技術(shù)檢測結(jié)果一致。

5 結(jié)論

在公路路面裂縫檢測工作中有效應(yīng)用探地雷達(dá)技術(shù)，可以進(jìn)一步提高整體檢測的準(zhǔn)確率，可以在路面檢測工作中得到有效使用。隨著城市發(fā)展速度加快，公路道路探測技術(shù)得到深度創(chuàng)新和發(fā)展，合理使用探地雷達(dá)技術(shù)可以有效縮短檢測時間，同時強(qiáng)化檢測精準(zhǔn)度，實現(xiàn)無損采樣目的。再加上探地雷達(dá)檢測結(jié)果能夠很好達(dá)到如今質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)，是高效的探測新技術(shù)，能夠科學(xué)全面的評價公路項目情況，因此借助該技術(shù)明確道路中的實際裂縫問題，精準(zhǔn)掌握裂縫數(shù)據(jù)，從而制定并實施有針對性應(yīng)對措施，能夠不斷提高公路路面的承載能力，確保道路所處區(qū)域車輛運(yùn)行的安全性與可靠性。

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