探地雷达在公路工程检测中的应用分析

　　摘 要：城市的扩建、旧城的改造以及水生态建设等都离不开对城市原有地下管线的调查，精准探测地下管线的分布情况是保障管线安全和确保市政工程正常运行的重要工作。为提高城市地下管线探测精度，本文采用三维探地雷达在东莞进行管线探测研究。结果表明，三维探地雷达能显示不同方向、不同埋深、不同类型的地下管线，在城市地下管线探测工作中应用效果显著。

　　一、公路工程检测要求

　　公路在投入使用一段时间后，由于外界因素的影响，以及施工中的一些问题，会导致路面出现不同程度的病害。因此，为保证公路工程的使用性能，必须进一步完善试验检测工作，明确公路存在的病害，并结合病害情况制定合理的养护、维修方案。路面损坏检测中主要采用目测法和探地雷达法，目测法是一种最直观简便的检测方法，该方法是通过检测人员观测、调查，从而直接确定公路的损坏情况，直接确定病害的种类、程度、位置。探地雷达法是一种高效先进的无损检测技术，主要是通过探地雷达对路面内部结构进行勘探，再向地面接收设备发射电磁脉冲，接收到电磁脉冲后可以结合得到的数据进行分析与计算，从而得到路面受损的情况、位置。与目测法相比，使用探地雷达法检测路面病害更快速、准确，但是成本更高，对试验检测人员的专业素质要求更为严格，因此，针对可以直接观测的部位采用目测法，针对无法观测的位置采用探地雷达法。早在1904年，德国人 Letmbach实现了雷达的第一次应用，在远距离金属物体探测中应用了电磁波信息技术。1910年，Lowy教授和G·Leimback将雷达技术用于探地。从19世纪70年代开始，探地雷达的应用范围扩展到隧道工程和公路、铁道探测领域，到80年代后期，西方发达国家已经很成熟地将雷达技术应用在公路检测领域。1994年，美国发明了第一台公路型探地雷达，同时应用了雷达技术，解决了探测公路结构层病害的问题。20世纪90年代初，吉林省某单位第一次使用探地雷达检测了高速公路，随后河北某单位使用探地雷达检测了公路的厚度，广东物探队实现了机场跑道病害检测，往后几年，探地雷达被我国的技术人员应用到许多工程领域，如隧道、铁路、公路和桥梁等。近十几年，随着现代化技术不断发展和应用，以及国外相关公司（如瑞典MALA公司、美国GSSI、意大利 I DS等）对探地雷达研发的不断精进，使得探地雷达技术越来越成熟。本文主要围绕探地雷达在公路工程检测中的应用展开详细分析。

　　二、探地雷达检测原理及其应用要点

　　（一）探地雷达检测原理

　　探地雷达是一种利用电磁脉冲能量进入地面，从地面成分及物体中产生反射的技术。探地雷达发射的电磁波进入地面，在通过不同介质时，会发生相应的反射，通过分析接收到的反射波波形、振幅强度等信息，然后通过软件对这些反射波进行分析，并将其转化为平面图或地图投影，判断出地下病害的位置、范围、大小、深度等情况，实现了对公路内部情况的“透视”，为公路的安全进行深度“体检”。探地雷达是由一体化主机、天线及相关配件组成，其基本原理是通过发射天线、接收天线以及主机共同工作。探地雷达探测公路病害时。电磁波由空气进入路面的混凝土层，会出现强反射（对应地面，并且由于空气中电磁波传播速度较快，这时地面对应的是负相位）；同样，当电磁波由混凝土至路基，继而由路基传播到岩层时，如果交界处贴合不好，或存在空隙，亦会导致雷达剖面相位和幅度发生变化，由此可确定公路病害。电磁波遇到以传导电流为主的介质，如地下中存在的金属管线，会出现全反射，接收到的能量非常强，在雷达剖面上显示强异常，以此可确定管线分布情况。

　　（二）探地雷达数据处理

　　雷达数据处理需采用专业的处理软件，根据道路检测雷达波的特点，数据处理流程如下：①偏移处理。从现场采集的探地雷达原始数据，往往会出现振幅正负半周不对称的情况，这是数据含有直流漂移量造成的，需要对数据进行偏移处理。②静校正。在雷达数据处理过程中，通常要将雷达数据校正到一个统一基准面，而且这个基准面一般为道路表面。③能量增益。其就是对雷达图像的增强处理，因为在地下有的反射处反射信号很强有的地方反射又很弱，强的信号会压制弱的信号，所以需要对雷达信号进行增益处理。④数字滤波。探地雷达在进行检测时，由于受现场多元环境的影响，使得环境中存在的噪声频谱既有低频也有高频，需要对雷达信号进行带通滤波处理。探地雷达应用要点探地雷达在公路工程检测中的应用主要分为以下几个步骤：①搜集资料和踏勘现场，目的是对周围环境、地下介质及地形进行了解，另外，也是为了掌握周边工作环境、交通及干扰等情况。②开展探地雷达检测，首先是进行天线的选择和测线的布置，主要是为了保证探测质量；随后进行数据采集，收集由多条波形记录组成的雷达图像；探地雷达数据采集分为普查和详查两种，根据不同区域采取不同的检测方式，并对异常区域进行标记和坐标定位，目的是为了确定病害位置。

　　（三）实例探析探地雷达在公路工程检测中的应用

　　为进一步验证探地雷达技术对沥青路面半刚性基层裂缝检测结果的准确性，首先采用传统的人工方法对裂缝路段的路面钻芯取样进行破损分析。本次在道路上随机选取了47条裂缝进行取芯，共取芯样62个，由于取芯设备的取芯有效桶长300mm，而面层+基层设计厚度为360mm，因此取出芯样的面层与基层分离，但实际是完整的。由于二灰土基层松散严重，导致取芯过程中，松散的灰土和碎石卡住取芯筒，钻孔附近泥浆较多，取出的基层芯样松散严重。裂缝处的病害主要为面层裂缝、面层层间不良、面层与基层层间不良、面层不密实和基层的贯穿裂缝等类型。

　　结语：

　　综上所述，探地雷达技术作为一种无损检测技术，可高效且高精度反映道路浅部地质结构信息。在公路工程运行中，应合理运用该技术有效检测公路裂缝、空洞、坑槽等病害状况以及路面厚度，检测人员通过对接收到的数据进行分析，可以得知病害存在的位置、形状，以此确定病害的程度，然后对存在的病害进行分析，采取针对性的处理措施，保证公路工程可靠运行。

　　参考文献：

　　[1] 虞将苗，唐嘉明，张肖宁，李伟雄，陈博.基于三维探地雷达的沥青路面厚度动态调整技术研究[ J ] .中外公路，2020，40 （03）：70-75.

　　[2]李新祥，王晓东，禹海伟.探地雷达在公路工程检测中的应用探究[J].公路交通科技（应用技术版），2019，15（02）：56-58