郝建云

(重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶 400074)

提高工程質(zhì)量，探明工程隱患，采用高效、經(jīng)濟(jì)、合理的方法和技術(shù)探測(cè)工程質(zhì)量已成為新時(shí)代不可避免的重大課題［1－2］。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)具有高效率、無(wú)損害、高精度、操作便捷等優(yōu)點(diǎn)，能很好的應(yīng)用在路基工程探測(cè)中。現(xiàn)今對(duì)于地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)在公路工程中的應(yīng)用還較多在對(duì)隧道的斷面尺寸、初支混凝土厚度和密實(shí)性、鋼拱架間距及二襯厚度等方面的檢查［3－5］，而對(duì)路基的探測(cè)應(yīng)用還不太廣泛，有進(jìn)一步深入研究的價(jià)值。論文以某國(guó)道拓寬改造工程為依托，探討如何合理有效的利用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)路基工程中出現(xiàn)的空洞區(qū)［6－8］進(jìn)行探測(cè)預(yù)報(bào)。

1 地質(zhì)雷達(dá)工作原理及相關(guān)參數(shù)選擇

1.1 地質(zhì)雷達(dá)工作原理

地質(zhì)雷達(dá)是基于地下物質(zhì)介電常數(shù)的不同，利用發(fā)射天線發(fā)射的高頻電磁脈沖波的反射來(lái)探測(cè)地下目標(biāo)體的一種物探手段［9］。在地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)過(guò)程中，由放置在地面的發(fā)射天線將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻電磁波，并以寬頻帶短脈沖形式定向發(fā)送至地下，而地層結(jié)構(gòu)中不同介電常數(shù)的介質(zhì)對(duì)高頻電磁波具有不同的波阻能力，因此當(dāng)路基中介質(zhì)介電常數(shù)不同時(shí)便會(huì)對(duì)高頻電磁波產(chǎn)生折射和反射，反射回地面的能量將被接收天線所接收并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行路基探測(cè)主要是利用不密實(shí)區(qū)介質(zhì)的介電常數(shù)與周邊密實(shí)材料的介電常數(shù)差異，根據(jù)接收到的反射能量在地質(zhì)雷達(dá)圖像上顯現(xiàn)出的特征來(lái)定性判斷路基的密實(shí)情況。

1.2 參數(shù)選擇

就雷達(dá)系統(tǒng)自身特征來(lái)講，選擇天線頻率越高，雷達(dá)能夠探測(cè)的深度將越小;反之，當(dāng)選擇的天線頻率越低，能夠探測(cè)的深度越深。然而，選擇頻率越高的天線將能夠探測(cè)的更加詳細(xì)準(zhǔn)確，為了能夠達(dá)工程所要求的探測(cè)效果，所以當(dāng)采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行路基密實(shí)情況探測(cè)時(shí)，重視儀器參數(shù)的選取便顯得極其重要，尤其對(duì)天線頻率的合理選擇。選擇一定頻率的天線其最大探測(cè)深度主要取決于地下介質(zhì)的介電常數(shù)差異程度、探測(cè)目標(biāo)的尺寸大小及目標(biāo)體的深度等因素。綜合上述因素和工程要求及實(shí)際工程環(huán)境，本次對(duì)道路路基選擇中心頻率為40 MHz的天線進(jìn)行探測(cè)。

2 路基探測(cè)

以某國(guó)道拓寬改造工程為例，道路全長(zhǎng)3432 m，為城市主干道I級(jí)，雙向6車(chē)道，設(shè)計(jì)道路標(biāo)準(zhǔn)路幅寬36 m。其中，一段長(zhǎng)120 m的路基，填方高度0.5 m～5.82 m，沿線構(gòu)筑物有1段路肩擋土墻，1個(gè)排水箱涵。因該段路基出現(xiàn)不同程度的下陷，為查明道路路基的密實(shí)情況及是否出現(xiàn)空洞區(qū)，采用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)對(duì)該段道路路基進(jìn)行詳細(xì)探測(cè)。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)工作布置

該段道路上一擋土墻位于原道路上方，其下方為回填土，管網(wǎng)相對(duì)比較復(fù)雜。擋墻出現(xiàn)外傾，外傾段下方原來(lái)為一橋涵河溝，改擴(kuò)建過(guò)程中在原河溝內(nèi)直接修建了一個(gè)1.5 m×1.5 m排水箱涵(見(jiàn)圖1所示)。根據(jù)擋土墻的實(shí)際情況及地質(zhì)雷達(dá)使用要求，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的范圍為擋土墻兩側(cè)2～5 m，探測(cè)深度為12 m左右?？偣膊贾昧?條測(cè)線，測(cè)線布置圖見(jiàn)圖2。

2.2 地質(zhì)雷達(dá)資料處理

為了提高探測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確性，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)每一條測(cè)線進(jìn)行多次往返探測(cè)，以便為后期雷達(dá)圖像處理時(shí)提供充足數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)探測(cè)工作結(jié)束后，采用專(zhuān)業(yè)處理分析系統(tǒng)對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行處理分析，得到的每條較為清晰的測(cè)試圖像分別為圖3～圖5。

3 探測(cè)結(jié)果地質(zhì)圖像解釋

測(cè)線1的地質(zhì)雷達(dá)圖像如圖3所示，從圖像上可以看出測(cè)線下方1～2 m范圍內(nèi)，沿測(cè)線方向22－48 m局部表現(xiàn)為“白色”［10］，表示反射信號(hào)較強(qiáng)，此為鑄鐵金屬管線的反射特征。其中22 m“弧形”處，是測(cè)線與鑄鐵管道的交叉位置。路基下方的排水箱涵在圖像上清晰可見(jiàn)，圖像顯示箱涵位置與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際位置比較吻合。在箱涵右側(cè)同一水平線上，圖像上顯示出的“白色”斑點(diǎn)，為一通向排水箱涵的鑄鐵排水管。圖像上其余部分除局部表現(xiàn)為不密實(shí)，可能含水外，未見(jiàn)明顯空洞。

測(cè)線2的地質(zhì)雷達(dá)圖像如圖4所示，測(cè)線2的位置為擋墻的內(nèi)側(cè)，其中雷達(dá)探測(cè)時(shí)擋墻內(nèi)已填土約2 m左右深。從圖像上可以看到，在測(cè)線下方1 m范圍內(nèi)，出現(xiàn)比較連續(xù)的“白色”條紋，此為L(zhǎng)型擋墻的基礎(chǔ)部分，“白色”條紋表示基礎(chǔ)中的鋼筋具有較強(qiáng)的反射能力。排水箱涵在圖像中也能清晰明了的顯現(xiàn)出，其中排水箱涵附近的深色部分表示存在微小空洞或不密實(shí)區(qū)，可能含部分水。其余部分則局部范圍不密實(shí)或可能含少量水。圖像顯示出各個(gè)結(jié)構(gòu)物的深度值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及施工圖紙稍有出入，究其原因，可能由于現(xiàn)場(chǎng)施工干擾信號(hào)導(dǎo)致或參數(shù)選取不當(dāng)引起的誤差。

測(cè)線3的地質(zhì)雷達(dá)圖像如圖5所示，經(jīng)比較與測(cè)線2的雷達(dá)圖像比較吻合，對(duì)圖像的解釋參見(jiàn)圖4。

綜合三條測(cè)試圖像結(jié)果并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際與施工圖紙進(jìn)行合理分析，得出了在所探測(cè)范圍內(nèi)即擋墻內(nèi)側(cè)5 m、外側(cè)2 m、長(zhǎng)度38.5 m、深度12 m范圍內(nèi)未探測(cè)到明顯空洞(不包括已建的水管、排水箱涵等管道);個(gè)別測(cè)線下方局部密實(shí)性較差，可能含水。為驗(yàn)證探測(cè)結(jié)果的可靠性，在雷達(dá)探測(cè)密實(shí)性較差處或可能含水處進(jìn)行了開(kāi)挖，驗(yàn)證結(jié)果與地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果基本吻合。

4 結(jié)論

(1)可在不影響臨時(shí)便道正常運(yùn)營(yíng)的前提下應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)對(duì)道路路基進(jìn)行探測(cè)，設(shè)備操作簡(jiǎn)便且對(duì)路基無(wú)破壞，直觀明了的顯示探測(cè)結(jié)果并能顯示探測(cè)目標(biāo)體深度，在實(shí)際探測(cè)工程中應(yīng)大力推廣應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)。

圖3 測(cè)線1雷達(dá)測(cè)試圖像

圖4 測(cè)線2雷達(dá)測(cè)試圖像

圖5 測(cè)線3雷達(dá)測(cè)試圖像

(2)采集數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)盡量減少外界因素對(duì)數(shù)據(jù)采集的干擾，充分利用既有的設(shè)計(jì)、施工資料及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)成果圖像得出最為合理的探測(cè)解釋。

(3)采用專(zhuān)業(yè)軟件對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，注意參數(shù)的合理選取，將處理后的雷達(dá)圖像與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際與施工圖紙對(duì)比分析，如不吻合，找出原因，重新分析，直到得出合理的結(jié)果。

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