地質(zhì)雷達(dá)在機(jī)場(chǎng)公路無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用

蘇亞超 劉宏

摘 要：本文以西南某機(jī)場(chǎng)場(chǎng)區(qū)為研究對(duì)象，機(jī)場(chǎng)跑道檢測(cè)對(duì)機(jī)場(chǎng)安全運(yùn)營(yíng)具有重大意義。因此，在機(jī)場(chǎng)跑道鋪筑完成后，為進(jìn)一步查清機(jī)場(chǎng)跑道與基礎(chǔ)的聯(lián)接質(zhì)量，特別是不密實(shí)缺陷的分布特征和規(guī)模，分析評(píng)價(jià)不密實(shí)缺陷的發(fā)展趨勢(shì)和規(guī)律，以確保機(jī)場(chǎng)跑道通航后的正常使用。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá);道路檢測(cè);波形特征

中圖分類號(hào)：U416.2? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）11-0146-03

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)西南地區(qū)機(jī)場(chǎng)的建設(shè)腳步在不斷的加快。機(jī)場(chǎng)跑道的安全是機(jī)場(chǎng)能正常使用的關(guān)鍵。在機(jī)場(chǎng)跑道的使用過(guò)程中，由于氣候影響、道路老化以及飛機(jī)起飛降落的巨大局部荷載等因素的影響，都可能使得道路路基產(chǎn)生空洞、脫空或者疏松的現(xiàn)象[1-2]。這些存在于道路路基中的病害通常沒(méi)有辦法被直接觀測(cè)到，因此并不能得到及時(shí)的處理，直到道路發(fā)生破壞時(shí)才被發(fā)現(xiàn)，影響了機(jī)場(chǎng)的正常使用。

本文通過(guò)介紹美國(guó)勞雷公司生產(chǎn)的GSSI-SIR20型探地雷達(dá)檢測(cè)原理，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)在公路路基檢測(cè)的實(shí)際運(yùn)用，提出一些經(jīng)驗(yàn)與建議。

1 地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)原理

地質(zhì)雷達(dá)（又稱探地雷達(dá)，Ground Penetrating Radar，簡(jiǎn)稱GPR）是一種高精度、圖像直觀、連續(xù)無(wú)損、經(jīng)濟(jì)快速的高科技檢測(cè)技術(shù)。作為目前精度相對(duì)較高的一種工程技術(shù)，廣泛應(yīng)用于地質(zhì)工程、地基工程、巖土工程、道路橋梁、混凝土結(jié)構(gòu)探傷等領(lǐng)域。

地質(zhì)雷達(dá)工作原理是以寬頻帶短脈沖的方式，通過(guò)發(fā)射天線（T）發(fā)送器發(fā)送電磁波，發(fā)射出的電磁波到達(dá)目的地之后再傳回地面，由相應(yīng)的雷達(dá)接收天線（R）接收信號(hào)。接收到的信號(hào)再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的圖像處理及解釋，從而達(dá)到對(duì)目標(biāo)物體探測(cè)的目的。進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)脈沖發(fā)送時(shí)，一般都要貼近地面。而電磁波對(duì)介質(zhì)的檢測(cè)也是通過(guò)電磁波在經(jīng)過(guò)不同介質(zhì)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不同程度的變化。然后，根據(jù)接受的電磁波形狀、頻譜特性、時(shí)延等特點(diǎn)對(duì)介質(zhì)進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析[3-4]。工作原理如圖1。

1.1 脈沖行走時(shí)間

式中：v——電磁波在媒質(zhì)中的傳播速度。

1.2 探測(cè)目的層深度

2工程實(shí)例

2.1 工程概況

機(jī)場(chǎng)跑道長(zhǎng)2800m，兩端安全道各長(zhǎng)300m，飛行區(qū)長(zhǎng)3400m，跑道道槽寬45m，兩側(cè)道肩各寬1.5m，總寬度48m。設(shè)計(jì)縱坡0.4%，橫坡1%，走向?yàn)楸逼珫|50°。機(jī)場(chǎng)中心點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高為1969.4m，機(jī)場(chǎng)最大填方高度為85.14m，道槽區(qū)最大填方高度62.02m，坡頂與坡腳的最大高差超過(guò)136m，填方量約為3300萬(wàn)方，挖方量約為3150萬(wàn)方，端凈空處理約86萬(wàn)方，挖填總方量約為6536萬(wàn)方。

2.2 檢測(cè)儀器及采集參數(shù)設(shè)置

本次檢測(cè)工作使用美國(guó)GSSI公司生產(chǎn)的SIR-20型地質(zhì)雷達(dá)，采用400MHz屏蔽天線，并采用邊測(cè)量邊記錄的方式，以保證測(cè)線距離的精準(zhǔn)。測(cè)試參數(shù)設(shè)定如表1：

2.3檢測(cè)方式與測(cè)線布置

2.3.1檢測(cè)方式

本次檢測(cè)采用無(wú)損檢測(cè)方式，以“S”型對(duì)11條相互平行測(cè)線進(jìn)行檢測(cè)。將400MHz地質(zhì)雷達(dá)天線緊貼道面以8—10km/h左右的速度人工拖動(dòng)，每間隔5m打一下標(biāo)記，邊記錄邊進(jìn)行顯示監(jiān)控。正式工作檢測(cè)剖面均為有效記錄，凡遇隨機(jī)干擾情況影響檢測(cè)效果者，均在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了復(fù)測(cè)（圖2、圖3為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)照片）。

2.3.2測(cè)線布置

每條測(cè)線均與跑道平行。本次檢測(cè)范圍在3標(biāo)、4標(biāo)填方區(qū)，位于填方區(qū)的道面長(zhǎng)約1440米。以跑道中軸線為中心線（在該線上布置一條測(cè)線6），在中軸線西北、東南方向上各布置5條測(cè)線（自西北向東南為測(cè)線1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11），每條測(cè)線相隔4.5m，總計(jì)11條測(cè)線。每條測(cè)線長(zhǎng)度約為1540m，共計(jì)總長(zhǎng)度16930m。測(cè)線布置及各測(cè)線行進(jìn)方向詳見(jiàn)圖4。

2.4? 檢測(cè)分析

地質(zhì)雷達(dá)的檢測(cè)結(jié)果就是對(duì)經(jīng)過(guò)處理后得到的雷達(dá)圖像進(jìn)行解釋。解釋的依據(jù)是雷達(dá)波在經(jīng)過(guò)不同目標(biāo)體時(shí)在頻率、相位、振幅以及同相軸的連續(xù)性等所表現(xiàn)出的特定反映，揭示出地下結(jié)構(gòu)與不同程度的異常情況。

圖5為跑道的典型雷達(dá)檢測(cè)圖譜。圖中縱坐標(biāo)為深度，橫坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)位置（即沿測(cè)線的水平距離），單位均為m。圖中水平層狀結(jié)構(gòu)清晰可見(jiàn)，并可看出多個(gè)明顯的反射界面。結(jié)合跑道結(jié)構(gòu)可以判定各填筑層的位置：第一反射面為空氣與水泥混凝土層表面的界面，其面平直，對(duì)應(yīng)深度為 0;第二反射面為水泥混凝土層與水泥穩(wěn)定碎石基層的界面;第三反射面為水泥穩(wěn)定碎石基層與水泥穩(wěn)定砂卵石墊層的界面;第四反射面為水泥穩(wěn)定砂卵石墊層與土基層的界面。

圖6為完好道基的典型地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)圖譜。從圖中可以看出該部分電磁波高頻弱振幅，掃描線平直、連續(xù)，無(wú)強(qiáng)烈反射信號(hào);而且各層位清晰可見(jiàn)，分層比較明顯，信號(hào)同相軸一致，表示道面下介質(zhì)相對(duì)比較連續(xù)、均勻，各建筑層密實(shí)，層間接觸良好;據(jù)此說(shuō)明該部分道基完好。

圖7與圖8為道基不密實(shí)和層間不密實(shí)的典型地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)圖譜。從圖中可以看出道基不密實(shí)部分反射波出現(xiàn)較為嚴(yán)重的紊亂，振幅較大，同相軸連續(xù)性差，反射波能量變化大;電磁波掃描線上下間距增加，呈疏松狀，說(shuō)明道基松軟，為不密實(shí)。層間不密實(shí)部分表現(xiàn)為上下兩層之間反射波振幅較大，能量變化大，說(shuō)明層間不密實(shí)。

圖9 為鋼筋網(wǎng)下異常的典型地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)圖譜。從圖中可以看出該部分鋼筋網(wǎng)下具有異常反射波，表現(xiàn)為反射波紊亂、同相軸連續(xù)性差，振幅較大，存在異常;推測(cè)該鋼筋網(wǎng)下存在不密實(shí)現(xiàn)象。

圖10為預(yù)埋管線的典型地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)圖譜。跑道上的航燈管線對(duì)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)具有一定的干擾;圖譜中出現(xiàn)弧形的強(qiáng)反射，反射同相軸呈現(xiàn)規(guī)則、連續(xù)的向上凸起的弧形，頂部反射幅最強(qiáng)，弧形兩端點(diǎn)反射振幅弱，且出現(xiàn)多次反射，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)記錄，判斷此處異常為預(yù)埋管線。

3結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

（1）原地基土和填料在自重和附加荷載的作用下會(huì)產(chǎn)生固結(jié)沉降，造成剛性面板下脫空或不密實(shí)?？赡苡捎谔钪w厚度不均，壓實(shí)度不均或填料不均，造成了病害不連續(xù)。

（2）道面節(jié)構(gòu)層在今后的使用過(guò)程受飛機(jī)反復(fù)作用，病害區(qū)域及程度可能發(fā)生變化，尤其還需注意挖填方交界處在未來(lái)的使用過(guò)程中是否會(huì)發(fā)生較嚴(yán)重的病害。

（3）地表水和地下水的進(jìn)入，將會(huì)降低填料的強(qiáng)度，產(chǎn)生沉降變形。

3.2 建議

（1）根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果分析，檢測(cè)異常多為局部輕微不密實(shí)，這是孔隙介質(zhì)中的一種常見(jiàn)輕度缺陷，建議采用壓力灌漿加固處理。

（2）為了確保道基的長(zhǎng)期穩(wěn)定安全運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)做好長(zhǎng)期觀測(cè)和雨季防滲排水工作，并定期觀測(cè)滲水量和滲水狀態(tài)。

（3）壓力注漿施工中，宜結(jié)合對(duì)道面下的不密實(shí)現(xiàn)象區(qū)域進(jìn)行鉆孔取樣實(shí)驗(yàn)，以利于進(jìn)一步量化與細(xì)化分析，實(shí)現(xiàn)信息化施工。

（4）在壓力注漿加固處理后一段時(shí)間需再次進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)道面下脫空不密實(shí)帶是否與漿液膠結(jié)良好，不密實(shí)區(qū)域病害是否存在發(fā)展?fàn)顟B(tài)，對(duì)壓力注漿處理進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

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基金項(xiàng)目：中國(guó)民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)有限公司科研項(xiàng)目（JSRDKYN201812）。