探地雷达在旧路改造设计中的应用

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摘要：道路状况评价是旧水泥混凝土路面的加铺层设计中的重要工作，采用路面雷达探测是一种高效的无损探测方法。某路改造工程的实践证明，雷达能较好的探测出基础的密实程度、地下水位、地下管道分布、原混凝土板厚、板底脱空状况等情况，为道路改造设计提供了可靠的依据。

关键词：雷达；道路状况；探测

1 前言

水泥混凝土路面是一种性能优良的高等级路面，但在实际使用过程中，随着交通的发展，结构设计或施工质量不合理和缺乏前瞻性导致道路路基不稳定，出现不均匀沉陷，使面板产生脱空和唧泥现象，加上养护管理工作滞后，对于路面接缝和裂缝养护不及时，混凝土面板在车辆荷载的重复作用下损坏，极易导致水泥混凝土路面大面积的断板碎板破坏[1]。这类道路往往又是城市的主要干道，其功能的衰退严重影响城市的市容和交通的发展，成为道路改选的重点。通常快速有效的做法是在原有的水泥混凝土路面上加铺一层加铺层沥青混凝土，它既能充分利用旧路面(路面路基是反复碾压，强度应当大大超过新建的)剩余强度作为新路面的刚性基层，是减少投资和施工时间，提高施工效率的有效措施。加铺沥青混凝土面层又能改善道路的表面功能，特别是防止水的下渗，延长路面的使用寿命，但这种刚柔结合的结构设计的关键在于对原有的旧水泥混凝土路面承载能力、路面状况的认识。因此，加铺层的结构设计关键是对旧路面结构性进行全面调查和准确评价，

对路面损坏状况的调查主要有原路面的病害以及基础的密实程度、地下水位、地下管道分布、原混凝土板厚、板底脱空状况。对于旧水泥混凝土路面板出现的各种裂缝、表面损坏可以进行直观的调查，而对于路面板厚度详细情况的整体调查，面板与基层之间存在的脱空、渗水等病害隐患的调查则比较困难。目前最常用的做法是结合直接观测法和弯沉检测法路面雷达探测法，充分发挥其独特的优越性。具体的分工如下：

2 探地雷达的工作原理

探地雷达由一体化主机、天线及相关配件组成，雷达工作时，向地下介质发射一定强度的高频电磁脉冲 （几十兆赫兹至上千兆赫兹），电磁脉冲遇到不同电性介质的分界面时即产生反射或散射，探地雷达接收并记录这些信号，再通过进一步的信号处理和解释即可了解地下介质的情况（如图2

3 路面雷达检测程序

一条道路升级改造少则几公里多则几十公里，不能用雷达检测路面简单的到路上走一下就可以了,必须遵循某一合理的程序或步骤才能获取比较高质量的路面信息[2]。具体的程序主要如下：

3.1 内业部分

(1)据设计图纸或施工图纸，了解检测路段的起始位置、行车道数及宽度、结构层形式,以及桥梁、涵洞等位置；

(2)以桥梁、路面不同结构层、相同结构层但使用不同原材料、施工工艺为界划分检测路段。

3.2 实地考察

(1)与路面状况调查相结合，提前编制板块号和探测的重点区域；

(2)察看路面破损状况，将路面破损比较严重的路段进行单列；

(3)查看所要检测路段的道路通畅情况，特别是障碍物的位置；

(4)做到雷达检测与实际路面位置对应，各段检测距离不能过长，同时应以整块板号为起止位置。在检测过程中对有明显的结构特征（如桥台）位置进行校核。

3.3 确定检测目的

根据检测目的是确定结构层厚度，还是查找脱空或高含水区，来确定检测车道以及车道的具置。以便用于数据处理时的标定，确保数据准确。

3.4 数据预处理

对所采集的数据要进行预先处理，特别是要注意脱空区、高含水区等缺陷,以便对这些缺陷进行进一步复查，复查的目的是准确定位，同时确定缺陷面积的大小。

4 工程案例

4.1 工程介绍

福建某市人民路设计起点为人民西路，终点至山后转盘，全长约3公里。现状路基宽度为50米，其中，机动车道宽度为4×6=24米，两侧绿化加非机动车带宽度为15米。既有路面为水泥混凝土路面，病害较为严重，根据建设单位的要求，拟在原水泥混凝土路面的基础上加铺沥青路面。

4.2 雷达的探测与图式解释

（1）现场测试

根据探测道路的实际情况，沿每个车道中线位置布置测线(图3)。雷达检测时，发射和接收天线与路面密贴，沿测线滑动，由雷达仪主机高速发射雷达脉冲，进行快速连续采集。雷达时间剖面上各测点的位置和路面板号相联系。为保证点位的准确，当天线对齐板交界线时，向仪器输入信号，在雷达记录中每一块板作一标记。内业整理资料时，根据标记和记录的首、末标及工作中间核查的板号，在雷达的时间剖面图上标明国道及板号（里程桩号）。

（2）数据处理

对采集数据进行波形分析，每块板划为一个单元，通过波形整体及单波分析检查脱空、欠密实、强含水及管道钢筋布设情况（图4）。经过处理后的检测剖面中不同的颜色对应不同的幅度强度，横轴代表车道及板号（A，B、C、D四车道分别用K1、K2、K3、K4表示，如K2+102代表B车道第102块板），纵轴表示电磁波传播的双程走时（单位为ns）。从剖面上可直观地看到钢筋分布，钢筋呈连续的亮点反映，反射强度/幅度发生明显变化、施工孔附近的空隙（呈锲形异常，幅度和相位均有明显变化）和空洞反映（呈典型双曲线反映，幅度和相位均有明显变化，并且从上而下的双曲线幅度逐渐减弱）。

经过对雷达剖面显示异常（包括幅度和相位的变化）的细致分析，对探测路段较清晰的得到如下结论：①路面厚度为23cm～24cm，且厚度基本均匀。②板块钢筋布置位置及数量符合设计要求。③路基存在少量欠密实部分，混凝土路面底部和桥涵台背有个别脱空现象。④路基浅层含水率不高，深层含水率较高，为软土地基。以上探测的地下资料对道路的改选设计提供了可靠的依据。

6 小结

通过实际工程的检验，雷达应用于道路的地下状况的探测是可行的，能较准确的探测出基础的密实程度、地下水位、地下管道分布、原混凝土板厚、板底脱空状况。对道路改造设计与施工具有重要的工程意义。

探测过程中，雷达的探测精度雷达探测精度与天线的频率有直接关系[3,4]，频率越高，探测精度越好，但是，天线频率越高，探测深度越浅。因而，应该根据探测需要选择天线。本次使用的收发天线（中心频率）屏蔽型天线：300MHz和900MHz两种，兼顾路面厚度与路基状况探测。

雷达探测的成果还包括图形的解释，在探测过程应注意可见部分（如可见的管涵、桥台、地下水位高处等）与图形结合，在有条件下可取蕊对探测结果进行修正，提高探测结果精度。

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