・５８・ 北 方 交 通 ２０１２ 探地雷达在公路路基缺陷检测中的应用 张瑶 １１０１６６） （辽宁省公路勘测设计公司，沈阳摘要：分析了探地雷达检测路基缺陷的原理，结合工程实例介绍了探地雷达在公路路基缺陷检测中的应用。 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７３—６０５２（２０１２）０５—００５８—０３ 关键词：探地雷达；路基缺陷；电磁波 中图分类号：Ｕ４１６ 近年来，随着科学技术不断发展，无损检测逐步 发展成为主流检测方式。在路基缺陷检测方面，相 Ｒ＝ ，，／，ｅｌ——— ———…１一￣／／３２ ２，／／３１一、／／，３—一 ２ 一＝＝一 ＋ 。 ＋ 对于传统的钻孔取芯，既效率高，又有代表性，能了 解全面情况，使问题得到更彻底的处理。 １ 探地雷达测路基缺陷原理 式中：Ｒ一界面电磁波的反射系数； ３／ 、／３２一第一层和第二层介质的相对介电常数； 一、 第一层和第二层介质的磁导率，约等 雷达利用发射天线向地下发射宽频带高频电磁 波，在均匀介质中，电磁波以一定速度传播，当遇到 有电性差异的地层或目标体时，如断层、破碎带、脱 于１。 当￡ ＞８２时，Ｒ为正值；当ｓｌ＜￡２时，Ｒ为负 值。Ｒ的正、负差别意味着相位相反。 从公式中可知，界面两侧介质的电性质差异越 空和含水等，电磁波便会发生反射，被接收天线接收 并有主机记录 大，反射波信号越强；电磁波从介电常数小入射到介 电常数大的介质，即从高速介质进入到低速介质，反 射系数为负，相位变化，即反射振幅反向。反之，从 介电常数大射入到介电常数小的介质时，反射系数 为正，反射波振幅与入射波同向。同一路段路基的 填料和施工工艺是相同的，所产生的雷达图像应该 是均匀的，同相轴应该是连续的。当路基中存在缺 异常体 Ｂ 陷时，图像会变得杂乱，局部信号反射强烈，可根据 上述公式初步判定路基病害的类型。 ２探地雷达在公路路基缺陷检测中的应用 ２．１工程示例 【 探地宙达检测路基缺陷工作原理 由图１可知，电磁波在Ｒｎ、Ｒ 、Ｒ 表面都会发生 反射，由主机记录反射时间。当 能量一部分被Ｒ 界面反射，另一部分继续向路基投射，如果路基土质 朝黑高速为双向四车道沥青混凝土路面，通车 不久个别路段路面出现沉降、严重裂缝现象。为了 避免工程处治措施的盲目性，提高处治的针对性， 均匀、无异常，入射波将继续向深度穿透，无明显反射 现象。但如果路基深处有空洞异常体时，情况就不一 样 。电磁波到达Ａ处时，由于路基相对介电常数 ３／ 与空洞（空洞中存在空气）相对介电常数８。存在差 异，便会在Ａ处发生反射，由主机记录反射到地面接 收天线的时间，另一部分能量继续深入到空洞内，在 Ｂ处发生反射，并有主机记录时间。对数据进行处理 后，在雷达剖面图中会产生明显的反射信号，并且信 号强度会很大。下面为反射系数公式： 图２ Ｋ４０５＋１３６～Ｋ４０５＋１７２ （该段硬路肩出现裂缝） 第５期 张瑶：探地雷达在公路路基缺陷检测中的应用 ・５９・ 降低处治费用，受业主委托对出现问题的路段进行了 雷达检测。以Ｋ４０５＋１３６～Ｋ４０５＋１７２和Ｋ４０１＋３９２ ～黑水 船 道 一ｌ 道 肩 Ｋ４０１＋４２０两段为例，现场照片见图２、图３。 ；第第第第 第第第第第 第第第第 十十十十｝｝九八七六五 四三二一 四三二一嘲测测测测滟 测测测测 线线线线 Ｅ线线线线Ｉ ｌ Ｉ ｌ Ｉ‘｝ Ｉ ｝ Ｉ ｌ Ｉ ｌ ｌ Ｉ ｝ｌ ｌ ｌｌ ｌｌ ｌ ｌ Ｊｌ Ｉ ｌ Ｉ ＩＩ ｌ ｌ １ ｌ３ Ｋ４０１＋３９２～Ｋ４０１＋４２０ （该段路面整体下沉） ２．２检测设备及测线布设 本次检测工作使用瑞典ＭＡＬＡ公司生产的第 三代ＰｒｏＥｘ型全数字式探地雷达，天线为５００ＭＨｚ 屏蔽天线，在土壤中的最大探测深度大约为３．５ｍ， 此次检测的雷达参数见表１。 表１ 雷达参数（５００ＭＨｚ屏蔽天线） 参数 数值 时间窗 ６８ｎｓ 采样频率 ７３１０ＭＨｚ 采样点数 ４９８ 叠加次数 自动叠加８次 触发方式 距离触发 采样间隔 ０．０２ｍ 检测测线见图４、图５： 第一条测线距右侧路缘石０．３ｍ处，第二条距 第一条左侧０．７ｍ处，依次类推，Ｋ４０５＋１３６～Ｋ４０５ ＋１７２段共设有５条测线，图中示意出裂缝位置， Ｋ４０１＋３９２～Ｋ４０１＋４２０段共设有１５条测线。 黑水 硬 行 车 道 Ｋ 路面裂缝 Ｋ 朝阳 ｌ ｌ ｌ｛Ｉ Ｉｌ Ｉ Ｉ Ｉｌ…ｌ ｉｌ Ｉ Ｉｌ Ｉ｝ｌ 『１．７（１．７．ＩＩ．７ ０ ７ ０ 朝阳 图５ Ｋ４０１＋３９２～Ｋ４０１＋４２０ ２．３检测结果及分析 检测结果见表２、表３： 表２ Ｋ４０５＋１３６一Ｋ４０５＋１７２段 桩号 缺陷类型 深度（ｃｍ） １、２，３测线Ｋ４０５＋１３７一Ｋ４０５＋１３９ 疏松破碎、裂隙 ５５ｃｍ以下 １、２、４测线Ｋ４０５＋１５０一Ｋ４０５＋１６２ 疏松破碎并伴有路基下沉 ６５ｃｍ以下 ５测线Ｋ４０５＋１３８一Ｋ４０５＋１６３ 疏松破碎 ６０ｃｍ以下 １、２测线路基含水 １、２，３、４测线Ｋ４０１＋４０ｏ～Ｋ４０１＋４０９疏松破碎、脱空并有裂隙 ７０ｃｍ以下 ６、７测线Ｋ加１＋４１２￣Ｋ４０ｌ＋４１６， 脱空和疏松破碎 ７０ｃｍ以下 Ｋ４叭＋４０２一Ｋ４ｏｌ＋４ｏ５ ９、１０、１１测线Ｋ４０１＋３９４一Ｋ４０１＋４１８疏松破碎并伴有脱空 ６０ｃｍ以下 １３测线Ｋ４０１＋３９６一Ｋ４０１＋４１０ 脱空 ７０ｃｍ以下 以上结果从雷达图像中得出，下面以几个典型 的雷达波形切片图为例，进行具体分析，见图６、图 ７。 从上面雷达波形图可以看出，图６前几米处，电 磁波扫描线平直，无明显起伏，同相轴连续，各层位 信号反射明显、清晰，表明路基完好无病害。接下来 图像变得杂乱，扫描线起伏较大且同向轴断裂，说明 此处路基已不是整体，发生破碎，造成上下界限不 清，电磁波无法分辨出准确的层位。裂隙的雷达图 像通常为尖波信号，因为它与周围的介质电性存在 差异，造成了电磁波绕射现象，这也说明了此处的土 质已松散。后面的图像为脱空现象，因为路基中存 在空气，造成信号多次反射，且较强烈呈带状，往深 处信号逐渐减弱。图７路基底部为含水现象，能量 高衰减区，表现为振幅强烈，波峰、波谷的频率较低， 呈多次的振荡信号。
