摘要：随着我国公路事业的发展，地质雷达在高速公路病害检测中得到了广泛的应用。然而，由于地质雷达在我国的应用时间还非常的短暂，在实践的过程中还存在着许多的问题，如地质雷达的探测精度和雷达图像的判断依据等等，这些问题在很大程度上影响了地质雷达探测结果的准确性。本文详细介绍了地质雷达在高速公路病害检测中的应用，重点分析了桥头跳车这种地质灾害形成的原因，同时表明地质雷达具有良好的实用性。最后展望了地质雷达在高速公路病害检测中的发展前景。
关键词：地质雷达；高速公路；病害；桥头跳车
1 前言
随着城市化的快速推进，高速公路的数量逐年增加。由于受到施工过程中很多因素（例如天气）的影响，高速公路容易出现车辙、裂缝、压实度不足，甚至路面以下出现空洞等质量问题，这些工程上的质量问题如果没有得到及时的救治，那么肯定会影响到高速公路的正常使用和耐久性。因此，及时准确地发现正在修建的高速公路的质量问题，为有效地对高速公路进行加固和修复提供依据，是工程技术研究人员必须面对的一个重要问题。地质雷达检测技术是一种无损探测技术，探测精度比传统检测方法高，而且是连续扫描，可获得高速公路探测的连续结果，是一种快捷、有效、实用、方便的无损检测技术，对高速公路具有很强的适应性，目前广泛应用于高速公路的检测当中，应用前景广阔。
2 地质雷达检测的基本原理
2.1 仪器的基本结构
地质雷达由发射部分和接收部分组成，发射部分由产生高频脉冲波的发射机和向外辐射电磁波的天线（Tx）组成。通过发射天线电磁波60º~90º的波束角向地下发射电磁波。电磁波在传播途中遇到电性分界面产生反射。反射波被设置在某一固定位置的接收天线（Rx）接收，与此同时接收天线还接收到沿岩层表层传播的直达波，反射波和直达波同时被接收机记录或在终端将两种显示出来。如图：
图2.1 雷达发射原理图
2.2 检测的基本原理
地质雷达法的工作原理是用无载波高速脉冲作为探测地下目标的信号源，其脉冲参数因目标探测要求而定。用宽带天线将高速脉冲换成脉冲电磁波进行辐射，一部分经发射天线直接到达接收天线形成直达波，可用作地下目标深度的参考；一部分进入地下传播，当遇到地下目标或不同媒质界面时产生反射，反射的电磁波经地表到接收天线形成反射波，反射波相对地表反射的直达波出现的时间是电磁波从地表到目标再从目标到地表传播所需的时间。当电磁波在地下传播的速度已知时，即可求出地下目标或地下界面的深度，并且反射波带有地下目标和地下媒质的性质信息，对反射波进行分析，可以确定地下目标的性质。当发射天线和接收天线在地表的相对位置固定，而共同移动时可以得到一组反射波，将这一组反射波表现出来，就可得到地下目标相对地表的位置信息，从而发现地下目标。
3 雷达检测实例分析
3.1 公路病害分析
沥青混凝土路面具有耐磨性好、路面平整、行车舒适、振动小、噪声低、养护方便、施工期短等优点，所以沥青混凝土材料被广泛应用于道路面层的建设。面层直接暴露在大气的侵蚀以及车轮荷载的作用下，并且由于使用年限较长，所以它的物理性能和化学性能会随着时间的增加逐渐改变。
3.1.1 车辙
车辙往往不仅发生在路表面，也危及中下面层。车辙是国际上最常见的病害现象。根据统计，沥青路面的维护中有80%是因为车辙。同其它病害相比，车辙的危害性更大，会直接造成交通事故。
3.1.2 水损害
水损害往往会造成很多相应的病害现象，高速公路的水损害是主要的病害之一，严重影响着行车安全和道路的结构。雨水降落在道路沥青层表面的孔隙中，由于高速行驶车辆的作用使得沥青剥落，石屑从沥青混合料中脱离出来形成松散区域，碎石随着车轮被甩出，时间长了便成为了坑槽。而这种情况如果能够得到及时的修补就会得到改善，但如果不能及时修补，坑槽里的水会使坑槽越来越大，甚至渗透进结构层内部，使整片区域产生连片的坑槽和其他损坏。
3.1.3 裂缝
裂缝是高速公路上常见的病害之一。裂缝形成的原因纵多，使得裂缝的种类也繁多。按照一般的分裂，裂缝可分为横向裂缝、纵向裂缝及网裂、块状裂缝、边缘裂缝、沉降或沉陷裂缝、构筑物接头裂缝。裂缝有因为温度的热胀冷缩而形成的，有因水的干扰形成的，有自上而下的，也有从下面往上裂的。
3.1.4 脱空
脱空是高速公路结构层内部的一种典型病害。形成脱空的原因有的是由于在铺设新的一个结构层的时候前一个结构层表面很多比较脏的物质没有及时的清理，使得新铺上去的层与旧层之间粘结不够密实，而道路在使用过程中由于上下层的热胀冷缩性质不同，很容易造成两个层的分离，不能够成为一个完整的整体。再经过车辆的碾压或者道路进水，便产生了变形和脱空。脱空慢慢演化变大了后就形成了空洞，严重影响了道路的自身的使用寿命和行车的安全性。因此对脱空的探测是地质雷达检测高速公路内部病害的一个很重要的检测对象。
空洞一般在高速公路基层下面，在修建高速公路之前对地下的岩溶空洞要进行探测，建成投入使用后的高速公路路基也会由于种种原因形成空洞。空洞一旦形成很快就会发生道路下陷，直接影响了行车的安全性，因此对地下脱空的检测是非常重要的。
3.2 检测实例分析
以下主要以桥头空洞检测为例，检测测线以桥头为起点，向两侧方向分别延伸，位置与路面测线布置一致，以桥头向路面为测线起点，分别向两侧方向延伸 7～10m 不等。主要在行车道上布设测线，必要时加测超车道部分。如桥头有空洞，在雷达图象上表现为波形出现明显的形状变化。根据雷达检测出的波形图，测量出空洞的坐标数据，建立三维空间坐标轴，从而应用MATLAB画出空洞的三维图像，生成图像如图所示，该图形象直观的表达出了桥头出现病害脱空的区域，方便研究。
图3.1 测线位置布置图
图3.2 三维立体图
演示说明了雷达测试高速公路病害的应用，得出图像加以处理与分析，使用软件操作绘制出更加直观形象的三维图像，能够让人对空洞的大致形状一目了然。分析图像可知，该段桥头搭板处脱空区域明显，查阅资料可知，桥头搭板脱空是国内外高等级公路中普遍存在的病害，尤其是在软基上修建的结构物更加明显。综合研究分析发现，搭板脱空病害产生的主要原因有：台背填料不密实、雨水流入导致填料流失还有车辆超载破坏，所以必须采取相应的措施保障车辆的正常运行和维持正常的交通秩序。而具体的加固措施必须根据病害原因进行针对性的加固，尽量不破坏搭板结构，并且加固方案要经济合理，施工要方便，常见的方法有灌浆法，这也是经常使用的方法。
4 结论及展望
对于日益现代化和生活水平提高的今天，高速公路在我们日常生活中起着越来越重要的作用。对高速公路的检测要求无损、快速、高效、便捷等特殊要求，以满足需要。据此选择地质雷达对高速公路进行质量检测是非常有效可靠的手段。本文针对沥青混凝土高速公路病害检测的现状，进行了检测桥头空洞引起跳车的理论研究，并进行了试验验证。通过此次探地雷达检测，查明了被检测路段路面质量隐患，证明探地雷达检测运营高速公路路面及桥台质量隐患是一种快速、经济、有效的高新技术，能够有效地完成公路工程质量的跟踪检测、连续监控，及早发现潜伏异常和病害，对于延长路面寿命、提高路面质量有重要意义。
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论文作者:施德
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
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