透地雷达在公路工程质量检测中的应用研究

　　摘要：我国公路建设中还存在一些质量问题，不仅影响公路运输安全，还会给国家经济带来损失。实践证明，在公路工程建设中，利用透地雷达进行检测，不仅可以检测出公路的脱空程度和范围，还可以为加固地基提供有效的施工依据，利用透地雷达检测是解决公路路面隐藏脱空问题的一种方便有效的高新技术与工艺。
　　关键词：透地雷达；公路质量；脱空问题；施工依据
　　一、透地雷达的利用方向
　　近几年来，我国的公路建设在不断发展，与此同时，公路建设的各种质量问题也凸显出来，许多不合格的公路工程在修建完工后没多久就出现不同程度的路面破裂和沉陷，严重时路面还会渗出水泥浆，不仅严重阻塞交通，还给国家经济带来巨大的损失。
　　目前，有关建设部门对有问题的公路工程进行更新建造，但这也只是权宜之计，始终都没有在公路工程出现问题之前解决即将发生的问题。由于公路在使用中要不断的受压，许多隐藏的问题就慢慢的暴露出来，出现路面脱空等危害。
　　国家工程技术部门经过多年的探索和分析，终于在公路工程质量检测方面有了突破，即利用透地雷达预先检测公路路面的水泥脱空程度，对检测结果进行可行性分析，并对路面进行有针对性的加固，实现防患于未然，无是治理公路路面混凝土脱空的问题。还是在老路面上铺设沥青混凝土，有取得了很好的效果，实现了更好的社会效益和经济效益。
　　二、方法原理
　　透地雷达(GPR)是利用超高频短脉冲(106~109Hz)电磁波来探测地下介质分布情况的一种物理检测方法。利用天线将高频电磁波通过宽频短脉冲把信号传到地下，该电磁波在地下运作时会有不同程度的减弱，当电磁波遇到了不同的地下介质，就会有反射信号，并由天线接受传到地面。透地雷达发射的信号传到地面时会呈现出不同的波形信号，通过计算地面反射波与路面底界面反射波之间的运动时间差，就能知道电磁波在地下介质中的运动速度，最后计算出地面的厚度。但在实际的操作中，电磁波的波形信号与数据会有一定的反差。
　　主要有几个原因，首先是地面面层比较薄，所以地下电波的反射波会受到直达波和电磁波来回运动的影响；其次是地面面层中有许多干扰物，如钢筋，混凝土，支架等，这些介质会影响到正常的反射波；最后，在检测过程中，地面的自行车和行人对电波的造成的干扰，一般在公路工程建设中都会在地面面层下铺设水泥，以便稳定地基，通常含有3%~10%的水泥，这也是产生误差的原因之一。
　　其实介电性质与路面面层的差异较小，反射波强度常比干扰波小，工程人员对地面厚度的检测比较精确，所以公路路面检测的误差很小。在工程检测中，工程人员通过多种试验方式和数据处理，终于建立起一套完整的利用透地雷达检测路面的检测系统，既能保证检测的准确度，又能保证检测的速度，并在多条公路检测中得到正式。
　　三、实例分析
　　为了更加了解透地雷达对路面的检测准确度，下面通过一个实例来分析透地雷达检测的应用情况和效果。
　　（一）概况
　　以佛山高速公路为例子，佛山高速公路1989年8月建成，是广东到佛山的交通要道，公路全长80km，其中有铺设混凝土的公路总长是58.8km，改高速公路于1996年12月建成通车。佛山高速公路自通车以来已经运作了12年之久，经过了12年的不断使用，部分路段已经出现了破损，已经影响道路交通运输的安全性。
　　佛山高速公路K43+845~K43+965段，即佛山-开平方向的主车道路面都出现不同程度的沉降，同时还伴有板底脱空、翻浆、错台、断板等严重损害，最严重的错台量有4cm。为了保障公路的安全运行，工程队在2005年1月13日用透地雷达对公路进行的质量检测，通过检测，发现K43+835~K43+982段主车道上共30个点上有地下混凝土脱空的现象，并清楚的检测出脱空的程度和范围，为后续的灌浆加固工作提供资料。在灌浆加固路面后，工程队又于1月24日对以上路段进行的重新检测。
　　（二）检测仪器设备及方法基本原理
　　这次公路质量检测所使用的透地雷达是美国GSSI公司生产的SIR-10H型透地雷达系统，该透地雷达有多条发射天线可以进行数据传输，并且是新型的数字化仪器，检测速度快，信号干扰小，雷达内设置了计算机系统，检测数据可以随时显示，方便检测结果的数据记录和收集。
　　（三）检测与分析
　　1.灌浆前的脱空检测资料分析及判定
　　工程检测中，要对透地雷达所检测到的数据进行分析和记录，将有关信息数据输入到计算机进行编辑和处理后发现K43+835~84段没有出先脱空问题，由于该段公路地底的混凝土灌注非常结实，地下介质之间的差距不明显，雷达电磁波反射回来的信号波动很小，即由天线反射到地面的发射波强度较弱。如果K43+845~895段的雷达反射波通过天线发射到地面的发射啵很强的话，就说明该公路段地底存在脱空问题，公路地下的脱空介质和正常情况下的地下介质的差异很大，所以很多雷达电磁波就沿着空隙又反射的回来，并且还存在多次反射的情况，说明地基混凝土不稳定，以此来证明该公路段有质量问题。当地基混凝土稳定时还存在多次反射的情况时，就说明公路面的地基有诉讼，应及时治理。透地雷达就是根据脱空反射波的不同强度来进行对脱空的分类和判定。
　　通过透地雷达的检测，主要将脱空分为三种类型：一是轻微脱空、二是中等脱空、三是严重脱空。根据上述的检测结果，可以得出，“佛山-开平高速公路右线K43+835~K43+982段主车道有混凝土路面脱空的现象，透地雷达还对所检测的路段的每一个板块的脱空情况进行了检测分析。
　　2.灌浆后的灌浆效果检测资料分析及判定
　　资料分析透地雷达所采集的原始记录输入计算机进行编辑、滤波、振幅均衡等处理后,再制作出鲜明可见的图表，并将灌注加固地基之后的检测图标与检测时的图表做比对分析，以便查看灌浆效果。
　　图表的作用主要是为了方便查看检测和加固公路后的效果，灌浆后在混凝土路面再用透地雷达进行一次检测，会很清晰的发现，局部多次反射的情况已经消失了，同时反射到地面的电磁波也比较微弱，这是由于地底在灌注水泥浆之后，地底的界电常数与混凝土的界电常数已经没有了明显的差异所致。无局部的多次反射波就说明了灌浆后消除了脱空问题，地基已经比较稳固。而稳定地基之下的强反射波已经消失，说明水泥灌注很成功，已经解决了地面疏松的问题，达到了预期的灌浆效果。
　　3.结果判定注浆后抽芯结果
　　透地雷达检测出脱空问题后，还要根据检测的资料对地基水泥灌浆的厚度做出结论，灌注的厚度要与检测的实际脱空问题吻合，只有通过对数据的实际分析，才能将水泥灌注达到应有的效果，保证灌浆后不再出现脱空问题。
　　透地雷达哈可以检测公路地底的脱空程度，确定脱空的程度和范围，为准确的实施灌浆工程提供依据，同时还有利于水泥化学灌浆后的路面再次使用透地雷达、钻孔取芯检测等取得更好更准确的结果。
　　四、总结
　　透地雷达可以精确的检测公路、桥梁水泥混凝土路面的脱空程度和范围，准确到可以以毫米计算，这不仅为地面水泥浆灌注、灌孔的分布、灌浆材料的选择、浆液的用量和施工方案提供准确有力的依据，还可以避免因灌浆加固不当给工程和国家经济带来的损失。透地雷达可以治理好公路质量问题，通过检测对不同程度的脱空区完全充填密实，加强公路基层的薄弱环节，保证公路质量，使公路可以投入到正常有序的运营当中。
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