摘要：以某高速公路评价科研项目为依托，采用探地雷达地球物理方法对高速公路现有水泥混凝土路段进行检测，研究表明探地雷达对于检测路面结构层厚度、探明道路结构中的脱空位置及脱空程度具有较高的准确性。
    关键词：探地雷达，地球物理，高速公路，水泥混凝土

    1前言

    近年来，以探地雷达、瑞雷波为代表的地球物理方法用于道路工程检测成为热点问题。目前，我国公路路面厚度测试常采用钻孔测量芯样厚度的方法，给路面造成损坏或留下隐患，而探地雷达测试系统是一种非接触、非破损的路面厚度测试技术，它可以检测公路结构层厚度及识别脱空，进行压实度及含水量的评价等。探地雷达具有探测速度快、非接触、非破坏性、分辨率高、可直接获得地下剖面图、可进行数据的实时成像处理、检测费用低廉的特点，而且它还可以检测桥面混凝土剥落情况、桥内混凝土与钢筋脱离状况等，它以其特有的高分辨率在浅层或超浅层探测中有着极其广阔的应用[1]。本文研究了探地雷达方法应用于高速公路水泥混凝土路面现有路况检测的适应性。

    2探地雷达检测

    2.1探地雷达监测概述

    探地雷达无损检测是一种高新技术，用于路基路面物理力学指标的无损检测开始于20世纪80年代后期，欧美应用最早，我国应用的时间大约在20世纪90年代初。雷达检测技术实质上是一种特高频电磁波发射与接受技术。雷达波频率很高，波长很短，但毕竟也是一种波，因此，该种电磁波也遵守波的传播规律，即也有入射、反射、折射和衰变等传播特点[2]。人们正是利用这些特点，为工程质量监控服务，达到无损、快速、高精度的检测要求。

    2.2 探地雷达监测原理

    探地雷达是利用高频电磁脉冲波(10MHz～1000MHz或更高)以宽频带短脉冲形式由发射天线送入地下，该雷达脉冲在地下传播过程中，遇到不同电性介质交界面时，部分雷达波的能量被反射回地面，被接收天线接收。我国现有高等级公路一般采用沥青混凝土或水泥混凝土路面，基层与路基材料一般为水泥土、水泥稳定粒料、石灰土、石灰稳定粒料、石灰粉煤灰土等。空气的相对介电常数为1，混凝土面层相对介电常数为6～9，沥青面层相对介电常数为3～5，基层与路基的相对介电常数随其材料不同而不同，但由于其湿度较大，且采用土、砾石、粉煤灰、石灰等介电常数相对较大的材料，其相对介电常数一般都大于8。因此道路各层之间都存在介电常数的差异，这为雷达检测道路结构提供了可靠的地球物理依据[3,4]。

    3探地雷达应用于高速公路路况检测

    3.1工程概述

    某项目，共线段现状路基总宽约24m，为双向四车道，设计车速为100km/h，高程在22.8米～42.0m之间，路基宽度由24m扩宽至32m。高速公路扩建需对现有路况进行检测，为制定扩建对策提供依据，而在已通车运行的高速公路上进行检测不能中断现有交通、检测路线长、检测时间有限。如何对原有高速公路的路基路面结构状况进行快速准确的现场检测，是一个值得深入探讨的问题。现场检测采用了瑞典MALA公司制造的RAMAC/GPR型探地雷达，以期对探地雷达检测路基路面状况的有效性进行检验。

    3.2检测仪器

    本次检测工作使用瑞典MALA公司制造的RAMAC/GPR型探地雷达，信号采集、数据处理采用专用的GroundVision和Reflexw软件系统：

    1、天线

    选用瑞典RAMAC 800MHz屏蔽天线。屏蔽天线特别适合于城市及有干扰背景（如高压线，车等）的地方，800MHz屏蔽天线主要用于隧道、路面等浅层高分辨率探测，理想测深为1.5m。

    2、主机

    采用通用型主机（CUII），该主机用采集软件Ground Vision(Windows2000/XP中文系统)进行操作，它通过并口用ECP方式传输资料，因此传输速度很快。CUII可与RAMAC/GPR的所有天线兼容，并可升级成多道系统。

    3、信号采集软件

    Ground Vision是RAMAC/GPR雷达单道或多道系统的数据采集软件,它可以用CUII，X3M或X3M CORDER等主机来采集数据。所有雷达数据都可以打印或用其它软件做后处理。

    4、数据处理软件

    Reflexw雷达数据处理及解释软件包为模块式组合，包括二维数据分析及解释、三维数据分析及解释，三维立体显示，正演，层析成像，CMP数据处理，孔中数据处理及解释等模块，在欧洲它是权威性的雷达数据处理软件。二维数据分析模块的主要功能：层位追踪：可以对各层进行追踪并加以保存，可以进行自动追踪，也可以手动追踪或各道调整；分层显示：对追踪的各层，它可以将各层的厚度自动绘出来，并可以自动出厚度报告；速度拟合：该功能可以在已知钢筋或管线的管径和走向时，通过抛物线拟合得出介质的速度；也可在已知钢筋或管线的埋深时，通过拟合求出钢筋直径或管径；编辑地形；编辑标记；调整道增益

    5、测试参数

    采样频率为85000MHz、采样点数480点/512点、叠加次数为自动叠加、时窗随样点数变化、触发方式为距离触发。

    3.3检测结果与分析

    采用探地雷达对某高速公路共线段南幅行车道靠路肩一侧位置进行扫描，获得了连续的雷达探测剖面图，利用Ground Vision和Reflexw软件系统对图像进行了处理。

    1、 路面面层厚度（图片见附件）

    图2雷达探测路面结构层厚度

    此次使用的瑞典MALA公司制造的RAMAC/GPR型探地雷达可以扫描得到清晰的雷达剖面图，在图中可以比较清楚直观的分辨出路面面层的厚度状况。图2为南幅行车道k0+668~k0+6g0段的雷达扫描面剖图，可以得出该路段水泥混凝土路面面层厚度为19.5cm。

    2.脱空判断

    采用GroundVision和Reflexes软件系统对雷达扫描图像进行处理，可直接从图中判读脱空位置与严重程度。从图中可以看到基层底部材料的松散状况严重。雷达扫描结果如表1

    表1探地雷达判断脱空状况 

    结束语

    在某高速公路共线段改扩建工程中，利用瑞典MALA公司生产的RAMAC/GPR探地雷达进行了路基路面结构层厚度及缺陷(深度、大小、范围)的探测。论文采用REFLEX软件对雷达剖面图进行处理，然后结合钻探取芯的结果进行对比分析，研究探地雷达在水泥混凝土路面结构层厚度及缺陷探测中的准确性、有效深度、适用范围等。

    参考文献

[1]肖滨，赵建二，郭云开，等.地球物理方法在高速公路路基质量检测中的应用

[J].2003(1):101-106

[2]李大心编著.探地雷达方法与应用[M]北京:地质出版社，1994

[3]赵建二，郭云开，唐平英，等.探地雷达在公路路基质量检测中的应用研究[J]. 长沙交通学院学报，2003, 19 (3) : 25-30

[4]郭云开，土礼尧，赵建二，等.探地雷达在高等级公路工程质量无损检测中的应用研究[J]华东公路，2002 (1) : 55-57