探地雷达在机场道面脱空检测的应用研究

卢艳楠 肖昭然

(河南工业大学土木建筑学院,河南 郑州 450000)

探地雷达在机场道面脱空检测的应用研究

卢艳楠 肖昭然

(河南工业大学土木建筑学院,河南 郑州 450000)

脱空作为机场混凝土道面病害之一,它的隐蔽性特征使得我们无法从跑道表面直接来判定。本文结合郑州机场二期工程,运用探地雷达对机场道面的脱空情况进行无损检测,通过注浆前后检测结果的对比,证明了该检测方法的可行性及可靠性,为后期机场投运时对跑道脱空的检测提供了技术支持。

探地雷达;无损检测;机场;脱空

机场道面在建设过程中,由于建设工期紧,地基处理复杂以及高填方等因素,使得道面结构层下的土基没有沉降彻底,再加上机场后期投运使用中,飞机荷载的重复作用,或由于温度的影响使得混凝土板产生翘曲,造成混凝土结构层与土基不再连续接触,即道面脱空。目前机场道面脱空检测常使用的方法有两种,一种是钻孔取芯法,另一种是超声检测法。钻孔取芯法首先是一种有损检测,本身就对道面造成危害,且取芯数量有限,难以保证检测精度,超声波在检测过程中容易受周围环境以及人为因素的影响,且机动性较差,对于大范围的机场道面脱空检测有很大的局限性。因此,如何快速、高效、准确的检测道面脱空便成了机场跑道中的重要课题。

1 工程概况

郑州新郑国际机场二期扩建工程是郑州航空港区规划中的核心建设工程,在飞行区建设中包括新建一条3600m×60m的4F级跑道、两条平行跑道的滑行道、83个机位的停机坪、6个机位的除冰坪以及两条连接新旧跑道的垂直联络道。其中道面结构为土基上两层18cm厚的水泥碎石基层,碎石基层上铺一层隔离土工布,然后一层42cm厚的混凝土结构层。

2 探地雷达检测

2.1 探地雷达工作原理

探地雷达是利用超高频脉冲电磁波检测地下介质分布情况的一种检测仪器,具有分辨率高、精度高以及检测速度快等优点,属于无损检测［1］。探地雷达利用宽带天线发射电磁波进行辐射,一部分经发射天线直接到达接收天线形成直达波,这部分电磁波用来检测地下目标的深度,另一部分进入地下传播,该部分电磁波遇到地下不同的介质时会有不同的反射［2］。由于道面结构为层状结构,且为非磁性介质,各层介质的介电常数有明显的差异,能够形成良好的电磁波反射界面。探地雷达发射的电磁波向下传播遇到这些反射界面时,就会产生反射。当结构层发生破损时,如空洞、脱空等病害,在雷达检测结果中会出现明显的特征发射［3］。图1为探地雷达工作原理图。

2.2 仪器参数

本次检测采用SIR一20探地雷达仪,主要工作参数如下：

天线：收发一体性天线,天线频率400/100MHz

采集方式：点采集

定点方式：触发量测定点

点距：5cm

采集时窗：60/200ns

增益方式：指数增益

图1 探地雷达工作原理图

2.3 检测方法

本次检测区域设在T2航站楼南港湾站坪塌陷区附近区域上的水泥碎石基层上进行检测,检测过程中同时用两个天线检测,400MHz天线频率高,该频率测深比较浅,检测深度不小于3m,100MHz频率低,检测的深度比较大,检测深度不小于10m。本次测线自南向北布置,从A87.5m到A102.5m,每条测线间距1.5m,采样点距0.02m,总共布置11条测线,详见图2探地雷达测线布置示意图。检测路线为沿着每条测线自西向东进行检测。

图2 探地雷达测线布置示意图

为了防止检测结果有误差,在每条测线中发现脱空缺陷的位置进行钻孔注浆,进行复测,从而保证检测结果的可靠性。

3 检测结果分析

探地雷达检测结果一般在雷达剖面图上显示,雷达剖面图中可以很直观地看出各结构层面以及地基中存在的缺陷以及缺陷所在的位置。图3为地下空洞地质雷达检测图谱。图中圈出的位置为道面下病害位置。

图3 地下空洞地质雷达检测图谱

根据实际测试位置,分析雷达剖面图,得出表1检测区域缺陷统计表。其中病害位置是相对于每条测线的起点位置。

序号1234567891 0 11测线A87.5测线1 A89测线2 A90.5测线3 A92测线4 A93.5测线5 A95测线6 A96.5测线7 A98测线8 A99.5测线9 A101测线10 A102.5测线11病害位置(m) 53一58 53一60 54一58 53一58 57一61 56一61 56一59 57一59 54一59 55一59 55一60病害深度(m) 0.4一0.8 0.4一0.7 0.4一0.7 0.4一1 0.4一0.7 0.4一0.7 0.4一0.7 0.4一0.7 0.4一0.7 0.4一0.7 0.4一0.7缺陷情况松散松散松散松散松散不密实不密实不密实松散松散松散

为了保证雷达检测结果的可靠性,在现场对实际有缺陷的位置进行高聚物钻孔注浆,然后进行复测,来分析对比两次检测结果。以测线1为例,图4为测线1注浆前雷达检测图谱,图5为测线1注浆后雷达检测图谱。从图4雷达剖面图上可以看出,距离起始位置3一8m处,水泥碎石基层下松散、有微小脱空；9一12m处,水稳层下不密实。分析图5注浆后的雷达剖面图,图中圈出的位置为注浆前不密实区域,现在注浆后可明显发现原检测处脱空不密实区域已经被填充。

图4 注浆前雷达检测剖面图

图5 注浆后雷达检测剖面图

4 结论

通过本次探地雷达对机场道面的检测,以及道面注浆前后检测结果的对比,我们可以得出探地雷达作为一种无损检测设备,对道面的脱空检测有着明显的效果,并且可以保证检测结果的可靠性,为后期跑道使用部门在维修保养跑道方面提供技术支持,及早发现道面脱空情况,避免不必要的事故发生。

［1］徐晓峰,刘家学,吴仁彪.基于探地雷达的机场场道脱空病害自动检测［A］.全国第二届信号处理与应用学术会议专刊［C］,2008:4.

［2］何炜混,吴仁彪,刘家学.基于探地雷达的机场场道脱空层检测及厚度估计［J］.信号处理,2011(10):1547一1551.

［3］肖都.沥青混凝土机场跑道面层脱空探地雷达图像模拟及应用研究［J］.物探化探计算技术,2015(1):10一15.

Study on the APPlication of GPR in the Void Detection of AirPort Pavement

Lu Yannan Xiao Zhaoran
(School of civil engineering and architecture,Henan University of Technology,Zhengzhou Henan 450000)

Void as one of the airport concrete pavement diseases,because of its hidden features,we can not directlydeterminefrom runway surface.Combined with the second phase of Zhengzhou airport project,applying ground penetrating radar(GPR)for nondestructive testing on airport pavement void,by comparing before and after the grouting test results,the feasibility and reliability of the detection method were verified,providing technical supportfor runway void detection in the period of late airport operation.

Ground Penetrating Radar;nondestructive testing;airport;void

P631.3

A

1003一5168(2015)07一0099一3

2015一6一1

卢艳楠(1991一),男,在读硕士,研究方向:岩土工程;肖昭然(1958一),男,博士,教授,研究方向:岩土工程。