吕辉
天水市交通建设工程质量检测中心 甘肃省 天水市 741020
摘要：目前，随着我国科学技术水平的不断提高，探地雷达路面厚度检测技术在公路工程施工中具有十分广泛的应用。本文将通过对比探地雷达检测和传统检测，从几个方面来深入分析探地雷达在高度公路工程质量检测中的应用。
关键词：探地雷达；高速公路；质量检测
引言：探地雷达可简称为GPR，它是最近才发展起来的一种无损检测方法，同时也是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁法。因探地雷达具有高精度、快速采样、无损等特点，最近几年被广泛应用到环境与工程等各个领域。我国在上世纪九十年代初就开始引进探地雷达技术，并得到了快速的普及和应用，主要应用在高速公路工程的质量检测中。
一、探地雷达检测与传统检测
传统的地质检测方法通常包含两种形式，一种是依靠有较多丰富经验测量人员所进行的目测，另一种是为了减少检测工作的工作量和工作成本所进行的钻孔抽样检测法。这两种形式都分别具有一定的局限性。其中，目测这种检测方法的缺陷很明显，它缺少一定的精确性，主要以主观判断为主。而钻孔抽样检测法虽然和目测检测法相比在精确度上有较大改进，但这种形式却主要以概率检测为主，无法对所有待检地质进行全貌了解，同时钻孔工作既费时又费力。对于探地检测雷达技术来说，它可以有效解决传统检测方法所存在的缺陷，能很好的运用各种高新技术，对待检地质做出快速而高效的全面无损检测。探地雷达在工程中能够得到广泛的应用并不是偶然，也不是人们历史上的选择，而是通过其对检测时效以及良好的适用性所决定的。不过，我们都清楚的了解所有东西都不可能是完美的，探地雷达检测也不例外，它也会在实际应用过程中存在这样或那样的问题。探地雷达检测技术的不足之处主要是其在检测期间会出现定位问题和数据质量问题。
二、路用探地雷达的原理
探地雷达系统是根据电磁波反射原理而设计的，由震源产生的雷达波是一种宽带、高频脉冲电磁波，频率在100-1000MHz之间，穿透能力很强，由天线定向成一定角度向路基路面发射进入道路辅垫层中。道路一般由面层、基层和路基三部分组成。电磁波在传播过程中遇到介电常数有差异的介质时就会产生反射，因为道路铺砌各层材料的介电常数存在差异，所以在界面上将发生反射，反射信号的强弱取决于上下层之间介电常数的差异，而介电差异是探地雷达检测路面的先决条件。雷达波由天线向路基路面发射时，波的一部分在第一界面（路面与空气界面）反射，另一部分向下透射。由于空气的介电常数为1，而路面面层的介电常数均大于1，因而，穿透波的大部分能量被该种材料吸收，同时，波在其中产生折射，折射角小于波的入射角。当折射波碰到第二界面（面层与基层界面）时，波的一部分在界面反射，穿过面层到空气，成为波的一次小循环。另一部分继续向下，穿透界面到基层，一部分能量损耗于该层，同时，产生折射，折射角大小与否，主要取决于基层的介电常数，当基层的介电常数大于面层的介电常数时，折射角小于面层至基层的入射角，但当介电常数小于面层的介电常数时，则折射角大于面层的入射角。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆电磁波折射后，又碰到第三界面（基层与路基界面），同样，波一部分向上反射，并穿透面层到空气，成为波的一次中循环。同理，波的另一部分继续向下，穿透界面到达基层，折射角的大小，理论上与上述相同。
公路工程基本要求
在公路工程中，路基与路面是其主要的结构物，它们结合在一起共同承担车辆的荷载作用。路基的强度与稳定性是确保路面平整度以及稳定性能的重要条件之一，而路面质量的好坏与车辆的行驶速度、承载能力、机械磨损以及行车安全等都是息息相关的，因此为了从根本上保证公路的正常使用性能，一定要对路基和路面进行定期并有预防性的养护，使路面和路基可以保持良好的服务水平，除此之外，还要有计划的对原有路面进行不断改善和提高，从而在一定程度上更好的使用当前交通的发展需要。
1.对路基的基本要求
路基是公路的主体，它贯穿公路全线，并与沿线的桥梁、隧道和涵洞等相连接，路基又是路面的基础，它与路面共同承担汽车载荷的作用，路面靠路基来支撑，没有稳固的路基就没有稳固的路面。常见的路基形式有路堤、路堑、填挖结合三种。路基的强度和稳定性是保证路面强度和稳定性的先决条件，提高路基的强度和稳定性，可以适当减薄路面的结构层厚度，从而达到降低工程造价的目的。因此除了要求路基断面的尺寸符合设计外，路基应满足下列基本要求：第一，具有足够的整体稳定性；第二，具有足够的强度和刚度；第三，具有足够的水温稳定性。
2.路面的损坏模式
由于荷载、环境、材料组成、结构组合、施工和养护等条件的差异，路面损坏的形式是多种多样。大致有三种类型，裂缝类（如纵向裂缝、横向裂缝、网状裂缝、块状裂缝等）变形类（如凹陷、隆起、车辙、搓板、推挤、拥包等）和表面缺损类（如露骨、松散、剥落、坑槽等）。沥青路面常见的损坏模式分为以下几种：沉陷、车辙、推移、开裂、低温缩裂和反射裂缝、松散和坑槽。这些病害的产生必然导致路面结构的变化，从而改变原有路面结构各层的界面，或者产生新的异常界面，在探地雷达检测剖面中均能得到体现，通过与正常路段的对比，很容易在探地雷达检测剖面中识别这些异常，达到路基、路面质量检测的目的。
四、探地雷达在公路工程中的应用
路用探地雷达具有无损、快速、连续、高精度、高分辨率、实时成像探测等特点，它在精确检测路面层厚度的基础上，可以成功地探测公路结构层病害，有利于公路的维护与保养，为交通部门提供了一种高效先进的无损检测手段。路用探地雷达以其独特的优越性，己经渗透到公路施工及后期检测养护的全过程，在公路建设前期可利用探地雷达对地质基础进行勘查探测，确定地质结构，划分不良地质体；在施工过程中，利用探地雷达可以全面准确地检测出路面结构层厚度，从而保证施工质量；在公路运营阶段，运用GPR进行公路日常检测，及时发现各种隐患，对于指导公路养护维修，延长公路使用寿命具有重要意义。
探地雷达在公路上程中的应用最初是作为测量路面层厚的工具而出现的，随着探地雷达应用技术的发展成，GPR在公路质量控制及病害检测方面都取得了一定成效。雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和波的频率。导电率越高，穿透深度越小；频率越高，穿透深度越小，反之亦然。对于公路检测而言，水泥混凝土面层的导电率高于沥青混凝土面层的导电率，因此相同频率的雷达波在沥青混凝土面层中的穿透能力大于大水泥混凝土面层中的穿透能力。在实际检测工作中，探测沥青混凝土面层应使用频率大于1200MHz的天线，而对于水泥混凝土面层2500MHz天线一般难以穿透，只能使用900-1000MHz的天线；探测基层可使用频率为800-1000MHz的天线，探测路基可使用频率为300-900MHz的天线。
综上所述，在公路工程实践中可以了解到，探地雷达是一种既高效又安全的无损检测方法，这种方法仅需要少量的钻孔加以配合就能够了解公路的结构和地层的变化情况，不管是对厚度质量进行检测，还是对病害隐患进行检测，都会带来比较明显的社会效益和经济效益。
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论文作者:吕辉
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/29
标签：路面论文; 路基论文; 面层论文; 公路论文; 常数论文; 折射角论文; 界面论文; 《防护工程》2018年第13期论文;