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摘要：探地雷达（GPR）无损检测设备以其携带方便、检测效率高、精度高、对道路结构无损伤等优点，在工程建设中得到了广泛的应用。探地雷达（GPR）探测技术虽然具有许多技术优势，但在利用探地雷达探测城市道路时，由于环境复杂，会受到许多外部因素的影响。为了提高检测精度，尽可能减小检测数据的误差，应注意回波、路面介电参数、接地零点等参数，以提高检测质量、测量效率和精度的目的。
关键词：探地雷达；城市道路；地下空洞；探测
前言
市政道路交通量大，施工质量要求高，必须做好施工质量控制和检测。在市政道路施工过程中，必须对路基路面结构进行全面的检验，确保施工质量。传统的检测技术的检测结果由于代表性和准确性不足，已经不能满足日益增长的交通运输要求的需要。必须选用先进的检测技术，而探地雷达检测技术检测速度快，准确率高，不损坏路基路面结构，可为市政道路施工质量提供有效保证。
1探地雷达测试原理
与探空雷达相似，探地雷达是通过向地面以下发送特定波长的高频电磁波，再通过均质地层介质时，可以实现稳定传播；但如果路基路面结构中存在孔洞或不同结构层分界面时，高频电磁波不能直接穿过，会产生反射和透射，通过接收天线将反射波接收后，进一步进行分析和处理后，通过软件和硬件分析得出不同的波形。通过对反射波进行分析和处理，可以确定路面结构层的厚度，地下隐蔽目标物的位置和几何尺寸，对新建市政道路进行质量控制与检测等。地质雷达检测技术检测速度快、精度高、对结构物无损坏，已经被广泛应用在公路施工和养护工作中。
２地下病害形成原因
地质原因：黄河自西南流向东北，横穿兰州市全境，兰州市地处黄河冲积而成的盆地，从地质环境分析，兰州地区土质多为自重湿陷性黄土，自重湿陷性黄土土质较为均匀、孔隙发育、耐蚀力小、结构疏松，在未受水浸湿时，一般强度较高、压缩性较小，但一旦浸水，土壤结构会迅速破坏，产生较大附属下沉，强度迅速降低，就会产生湿陷，形成地下空洞甚至导致路面塌陷；地下设施原因：近年来，随着城市经济社会的发展，城市建设力度逐渐加大，大型建筑、城市地下设施建设、加之老管道的渗漏，均对地下水文地质和土体状况造成了较大改变，不稳定性增加，造成城市地下空间出现不同程度的空洞、脱空、不密实等病害的发生，而城市道路的病害发生反过来又作用于给水、排水、地下设施等，造成这些设施的破坏，两者的相互作用，致使地下安全事件时有发生；地下水位频繁变化：由于大型基坑开挖或地下设施施工，地下水大量被人工抽走，地下水位快速下降，水流将饱和粉土中的细粒土带走，同时，含水介质失去地下水托浮力，在重力作用下下降，形成深层疏松或孔隙；降水影响：降雨量对城市道路下垫层亦产生较大的影响，导致近几年来道路下方陷空，不断造成道路开裂、下陷、乃至坍塌。
３工作方法技术
3.1探测方法
探地雷达通过发射天线发射高频电磁波以宽频带短脉冲形式送入地下，经存在电性差异的地下地层后返回地面由接收天线所接收，根据回波的振幅、波形和频率等运动学和动力学特征来分析推断地下目标体的结构和物性特征。目前常用的探地雷达测量方法有反射方式的剖面法、共中心法和宽角法。共中心点法和宽角法主要用于求取探测介质的电磁波传播速度，一般道路探地雷达采用剖面法，发射天线（Ｔ）和接收天线（Ｒ）以固定间距沿测线同步移动进行数据采集，此方法采集效率高。
3.2探测步骤
一般城市道路宽度大，距离长，为提高效率和准确度，采用普测－详测－验证－恢复的探测模式，普测采用车载阵列式雷达大范围快速探测，为不违反交通规则，测线布置按车道行进方向，发现异常时采用人拉式或手推车式雷达小范围详测，测线按网格式布置，平行方向相邻两条测线相距一般为０．５ｍ，对于判定为脱空和空洞对道路安全威胁较大的异常进行钻芯验证，最后修复路基路面。
3.3雷达天线选择
探地雷达的天线主频决定它的探测深度和分辨率。在选择天线时，首先且最主要的考虑因素就是探地雷达的探测深度，其由两部分控制，一是雷达系统的增益指数或动态范围，二是检测介质的电性质。探地雷达的分辨率可分为垂直分辨率和水平分辨率，一般把四分之一波长作为垂直分辨率Δｘ，如式（１）所示：
式（１）中，Δｘ为垂直分辨率，单位ｍ，λ为中心频率对应的电磁波在介质中的波长，单位ｍ，ｃ为电磁波在真空中的速度，３×１０８ｍ／ｓ，ｆ为电磁波中心频率，单位Ｈｚ，ε为介质相对介电常数。横向分辨率为第一菲涅尔带直径，与探测深度有直接关系。当目标体埋深为ｈ，收发距离小于ｈ时，第一菲涅尔带直径ｄ可按式（２）计算：
式（２）中，ｈ为目标体的深度，单位ｍ。应用于道路缺陷探测的雷达天线频率都在１００ＭＨｚ到５００ＭＨｚ之间。根据自身设备状况反复摸索实验，普测选用２００ＭＨｚ和４００ＭＨｚ车载式阵列天线，详测选用５００ＭＨｚ人拉式地耦天线。（天线选择与本单位设备状况有关，同时根据大量现场检测，５００ＭＨｚ频率完全适用道路检测，和２００ＭＨｚ天线搭配更是互补。
4市政道路探地雷达检测注意事项
4.1确定底界面的回波
在使用探地雷达进行市政道路检测前，首先通过提取界面同波信号源确定底界面的回波。现阶段，由于受到技术水平的限制，还不能准确区分路基界面与路面的反射波。检测过程中会产生干扰波，这就要求必须能够将检测波与干扰波区分开，并采取一定的技术手段抑制或找到干扰波，但前提是要准确确定底界面的回波信号。在检测过程中，我们探测图像上找到路面结构中最厚的位置，并进行对比分析。也可以通过对探测波形进行分析来确定，或者通过钻探的方法确定最厚位置。
4.2确定电磁波的实际传播时间
在准确确定底界面回波时间以后，还需要准确确定电磁波在市政道路结构中的传播时间。同时，为了准确确定各个结构层的厚度，必须对各结构层的位置进行判断，以准确确定路面各结构层的厚度。
4.3标定路面的介电常数
为了提高检测市政道路路面结构层的厚度的精度，测定前首先进行路面介电常数的标定。路面介电常数会受到很多因素的影响，如路面组成材料、施工环境、施工工艺、路面结构层的密实度等。另外，对不同的检测点，介电常数也会存在一定的差别。在确定路面探测点后，必须做好标定，钻孔取样做试验，保证检测结果的精度。
结束语
随着我国城市化进程的不断推进，市政道路的规划和建设必须能够紧跟城市发展的需要，满足日益增长的交通运输需求。然而，近年来由于对市政道路施工质量控制不当，使用中出现了很多质量问题，严重影响通车效率和通车安全。采用探地雷达可以有效提高市政道路路基路面结构的检测精度，但在施工过程中必须做好准备工作，总结了无损检测关键点，并分析了施工注意事项，具有一定的实用意义。
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论文作者:王天鸿
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第22期
论文发表时间:2019/7/16
标签：路面论文; 结构论文; 天线论文; 地下论文; 电磁波论文; 市政道路论文; 回波论文; 《建筑模拟》2019年第22期论文;