公路路基路面无损检测技术研究

张尔明

(山西路桥集团试验检测中心有限公司，山西 太原 030000)

公路路基路面施工完成后，需对其进行检测，为避免对完工的路基路面造成破坏，应优先考虑无损检测。在公路工程领域，探地雷达凭借各方面优势得到广泛应用，成为路基路面无损检测最常用也是最有效的方法。

1 工程概况

某高速公路C标段处在山岭重丘区当中，存在很多陡坡和连续转弯。近几年，伴随交通量不断增加，特别是上坡段行车速度较为缓慢，而下坡段车辆刹车容易失控，导致事故发生率大幅上升，对道路的通行能力与行车安全都造成了很大影响。对此，专门为该标段设置了爬坡车道与避险车道。根据相关设计要求，爬坡车道路面结构由上到下依次为：面层采用AC-16C中粒式改性沥青混凝土，厚度为5 cm；封层采用同步碎石封层；再生层采用沥青冷再生料，厚度为28 cm；基层采用4.5%水稳碎石，厚度为20 cm；底基层采用3.5%水稳碎石，厚度为20 cm；路床采用砂砾石，厚度为80 cm。因公路路面采用的是层状结构，路面上不同材料在介电性方面有很大差异，在这种情况下，对路基路面进行检测时，可采用探地雷达。在正常情况下，基层结构雷达异常图像，其同相轴或者是色谱图一般呈近似水平线进行展布，不同结构层的信号强度大体相同，在图像上没有明显的变化；但基层中不同界面却有明显负峰，其同相轴或者是色谱线条表现为平缓和近水平的状态，以在地面接收的反射脉冲为依据，结合其反射时间与速度，能通过计算确定不同结构层的厚度。现围绕该高速公路标段实际情况，对其路基路面的无损检测做如下深入分析。

2 检测技术概述

探地雷达系统主要由以下五个部分构成：其一，主机，即主控单元；其二，发射装置；其三，发射天线；其四，接收装置；其五，接收天线，在此基础上还可配备定位装置、电源和手推车。在以上几个组成部分当中，发射与接收天线往往成对出现，其作用在于向地下持续发射雷达波，并接收完成反射后的雷达波。系统的主机实际上是一个数据采集系统，负责向发射装置发送与接收各类控制命令，如开始和终止的时间、频率、重复次数。发生装置以主机发出的控制命令为依据向测区地下连续发射雷达波，并由接收装置以控制命令为依据对数据信息进行采集，之后通过采样与转换，使反射信号变为数字信号，对其进行保存与显示。

随着公路工程无损检测需求不断扩大和探地雷达技术不断发展，产生了很多不同类型的系统，目前在国际上有较大影响力的是由GSSI公式研发生产的SIR系列探地雷达。从当前的发展趋势看，该系统主要具有下列特点。

(1)功能专业，可针对不同对象与目标来设计，有效解决某个方面存在的具体问题；

(2)小型化，借助DSP与液晶显示面板可以有效减小设备体积与重量，为携带与野外作业提供方便。比如由GSSI公司研制生产的SIR-3000系列探地雷达以及由SSI公司研制生产的Noggin系列探地雷达，其主机已经十分轻便，仅采用单人即可实现走动测量；

(3)功能与通道越来越多，通过对多道及多阵列天线陆续开发及使用，可实现对三维数据的采集，以此提供更为丰富、真实和准确的地下信息。

3 数据采集和图像处理

以工程现场实际情况为依据，对该标段中的某个爬坡车道采用探地雷达实施路基路面无损检测，该段长度为1 370 m，在车道的中线进行测线的布置。探地雷达型号为TerraSIRch SIR-3000型，由GSSI公司生产，并配备地面耦合天线，其频率采用400 mHz，采用测距模式，按照3 m的间隔距离打标，每50 ns记录一次，总采样点数量为512个，介电常数取4.0。

数据处理由RADAN完成，将检测数据导出之后，需完成以下各方面处理环节：(1)水平刻度调整；(2)叠加、抽道和加密；(3)反射波信号具体位置的确定；(4)信号延时信息调整；(5)介电常数的设置与修改；(6)信号振幅增益调整；(7)水平相关分析；(8)雪花噪声干扰的去除；(9)水平叠加；(10)背景去除与滤波。完成以上处理后，方可输出成图，同时要对成果予以解释。

4 结果与分析

雷达检测会受到材料自身性质存在的差异与磁场环境等因素的干扰和影响。对于雷达波而言，它属于高频电磁波，容易受到同一空间内其它类型电磁波的影响，对此，在实际检测过程中需尽可能减小或避免电磁对波形造成的影响；公路路面是一个各向保持同性且均匀的水平层介质，通过钻孔标定可以反推出不同介质对应的电磁波速，所得结果的误差一般不超过3%～8%。路面材料自身含水量对其介电常数有很大的影响，这是因为水的介电常数可以达到80，而面层材料介电常数只有4～6，降雨后或路段较为潮湿时，将对最后的计算精度造成很大影响。因此，在现场检测过程中应注意在晴朗的天气条件下进行，且路段不能潮湿，尽可能保持干燥。

通过钻孔标定可得测区内面层与再生层总厚为35.7 cm，根据雷达图像，该部位反射波对应的双程走时为11.9 ns，通过计算可以确定面层与再生层中电磁波速等于0.06 m/ns。结合施工单位提供的相关资料，该段公路的基层和底基层均采用水泥稳定碎石，其电磁波速的经验值为0.08 m/ns，由此通过计算可以得出以下结果：

(1)面层+再生层厚度：最大、最小值分别为0.387 m和0.280 m，平均值为0.337 m，标准差为0.067 m；

(2)水泥稳定碎石基层厚度：最大、最小值分别为0.582 m和0.427 m，平均值为0.534 m，标准差为0.019 m；

(3)水泥稳定碎石底基层厚度：最大、最小值分别为0.835 m和0.611 m，平均值为0.730 m，标准差为0.032 m。

在此基础上，通过交互式解释能得出具体的检测图像、对比图像和曲线图。根据以上检测结果可知，每个结构层的平均检测结果都和相关设计要求相符，标准差的最大值不超过0.067 m，然而水泥稳定碎石底基层的检测结果没有满足设计要求。考虑到钻孔会对路面结构造成破坏，故在此次检测过程中仅钻取一个芯样，以此对探地雷达对应的检测结果进行标定。在这种实际情况下，探地雷达实际检测结果的精度将存在一定程度的误差。

5 结 语

综上所述，探地雷达技术在路基路面的无损检测过程中应用合理可行，可真实反映出路基路面结构层厚度，为质量检验与评价等工作提供可靠参考借鉴。然而，由于探地雷达检测难免受到天气与磁场等因素的影响，导致检测结果精度变差，所以在实际的检测与分析过程中，还应借助其它处理与分析软件。目前，该工程路基路面无损检测工作顺利完成，所得检测结果真实可靠，说明检测中使用的方法合理可行，可为类似工程提供参考借鉴。