探地雷达在高速公路运营期路基病害检测中的应用研究

俞先江，王 正，郑 鑫，马圣昊，顾章川

(中设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014)

探地雷达在高速公路运营期路基病害检测中的应用研究

俞先江，王 正，郑 鑫，马圣昊，顾章川

(中设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014)

通过采用探地雷达设备对江苏省某运营期高速公路的边坡冲刷部位的路基进行无损检测，研究分析路基是否存在不密实、松散、脱空等病害，进而提出针对性的处理措施对高速公路进行加固，提高路基路面整体性，提升车辆行驶安全，为运营期高速公路的养护设计提供参考意见。

探地雷达；运营期；高速公路；路基病害

1 探地雷达检测原理

探地雷达的原理是通过发射天线向地下发射高频电磁波，而后通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的界面时发生反射，介质的差异性是电磁波发生反射的先决条件，根据接收到电磁波的波形、振幅强度和时间的变化特征判断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。

探地雷达的数据处理是在对雷达波进行处理和分析的基础上，结合现场记录的异常信号位置，利用介质的电性特征，排除异常电磁波干扰，根据检测对象和检测目的的不同，再进行一系列的数据处理步骤，真实的还原地下结构特征，从而判断目标体的位置、结构、形态。对于分析路基介质的缺陷，通常需要进行反卷积处理以消除垂直信号的干扰。

图1 探地雷达探测示意图

在道路路基病害检测中一般使用100～900 MHz的屏蔽天线，雷达测线一般沿道路路面走向布设，根据检测目的，可适当布置横向测线(与道路走向垂直)，测线间距要视工程性质和探测对象的几何形态而定。在采取探地雷达进行现场检测时，应随时根据异常信息，根据检测目标和对象的不同，可合理选择天线型号、采样时窗、增益的大小和叠加次数，以消除各种电磁干扰，获得较好的测试效果。

2 探地雷达数据处理步骤

数据处理采用美国GSSI 公司专门研发的地质雷达数据处理软件RADAN6.0进行，RADAN6.0 是一款基于Windows 平台的雷达处理软件，具有处理功能强大，界面友好等特点，包括全套滤波，反褶积、希伯特变换、数据编辑、偏移、地形校正、比例调节、三维成像显示、分层解释、速度分析。

图2 数据处理流程

3 工程应用分析

江苏省某高速公路由于连续的降雨，路基边坡发生了严重的雨水冲刷，该高速下行K29+360处右侧边坡路段存在一处预埋的通讯设施，雨水长期冲刷后造成路基边坡垮塌，并对路基造成一定损害(局部路基下已脱空)，目前已采取灌沙充填路基空洞。上行K32附近(150 m范围，拱形护坡局部被破坏、急流槽被破坏、截水沟破损)，其中上行K31+980～K32+030处最为严重，该处边坡坍塌已导致部分二灰碎石层裸露。

检测路段为填方路基，路基边坡填土高度H>3 m，上路堤压实度≥94%，下路堤压实度≥93%。当基底处于上路堤范围时，基底的压实度≥上路堤的压实标准94%，路床部分80 cm采用6%石灰处治土填筑(压实度96%)。

工程地质特征：上部土层为全新统稍密—中密粉砂，局部夹淤泥质亚粘土，连续分布，埋深浅，厚度较大，粉砂具轻微—中等液化潜势。中下部多为密实状粉砂、细砂及中粗砂，长江河道处下部颗粒较粗，两岸则较细，层厚巨大。

由于检测路段为填方路基，本次检测采用美国GSSI设备，主机型号为SIR3000型探地雷达，天线型号为100 MHz和400 MHz。100 MHz参考检测深度为10 m，精度为0.2 m；400 MHz参考检测深度为2 m，精度为0.06 m，检测设备满足检测要求。

检测范围： K29+284～K29+404下行超车道、行车道及硬路肩， K32+000～K32+100段上行硬路肩，检测时根据现场情况布置纵向测线和横向测线，病害严重位置采取加密测线布置。检测指标为路基内部完整性。

3.1 测线布置方式

图3 下行K29+284～K29+404测线布置图

图4 上行K32+000～K32+100测线布置图

3.2 探测结果分析

(1)下行K29+284～K29+404段

纵向测线检测结果：下行K29+284～K29+404段硬路肩、行车道、超车道分别布置2条测线，对雷达图形进行分析，400 MHz探测天线与100 MHz探测天线均表明K29+352～K29+368路基在埋深0.8～1.3 m位置存在不同程度的松散、脱空情况。

横向测线检测结果：400 MHz探测天线与100 MHz探测天线均表明在距离路表0.8～1.3 m处的路基横向不连续，存在松散的现象，同时横向测线结果与纵向测线检测结果具有较好的关联性。探测结果表明路基空洞是由于雨水沿着内侧的电力井渗透到路基，贯穿整个路幅宽度，雨水从边坡冲刷严重位置渗透出来，形成较大的路基空洞。

处理建议：该段落由于路基边坡冲刷严重，同时在内侧的电力井由于连续降雨，雨水沿着内侧的电力井渗透到路基，贯穿整个路幅宽度，形成路基空洞和不密实病害，并从边坡冲刷严重位置雨水渗透出来，形成较大的路基脱空。因此建议对该段落路基进行加固处理，同时对边坡进行防护。

(2)上行K32+000～K32+100段

纵向测线检测结果：所检测区域道路结构层分层较为明显，路基未见明显病害。横向测线检测结果：所检测区域道路结构层分层较为明显，横向连续性较好，路基未见明显病害。

探地雷达结果与该段落现场情况较吻合，表明该段落路基边坡冲刷未对路基结构层造成损害，因此该段落的加固处理，仅需对路基边坡进行加固处理。

根据检测目的不同，采取2种型号的天线，分别布置了不同数量的纵向测线和横向测线，查出了路基空洞原因，提出了处理建议；2个段落的雷达检测结果表明探地雷达设备检测高填方路基内部质量是可行、有效的，同时横向测线结果能验证纵向测线结果，提高检测结果可靠度。

4 结论与展望

(1)本文运用了探地雷达设备对运营期高速公路的路基进行病害探测，取得了较好的应用效果，解决了工程问题。

(2)研究成果表明采取400 MHz和100 MHz天线对运营期高速公路路基病害检测可行性较好，400 MHz不仅能够探测出路面结构层病害，同时能够探测出路床区域范围内的路基病害；100 MHz可对高填方路基进行探测，判断路基深部是否存在缺陷。因此建议采取两种天线对路基缺陷进行探测。

(3)根据探地雷达无损检测结果，提出了路基病害加固处理措施，为运营期高速公路的养护提供了参考建议。

(4)无损检测将是工程应用的一个趋势，尤其对于运营期高速公路，推广无损检测手段，有助于减少对现有路基路面造成损害，提高效率，节约国家资产。

[1] 江凯.探地雷达在路基检测中的应用研究[D].西南交通大学，2011.

[2] 谢昭晖，李金铭.探地雷达在道路路基病害探测中的应用研究[J].地质与勘探，2007，43(5)：92-95.

[3] 赵建三，郭云开，唐平英，等.探地雷达在公路路基质量检测中的应用研究[J].长沙铁道学院学报，2003，19(1)：25-30.

AdissertationontheapplicationresearchoftheGroundPeretrationRadar(GPR)inroadbeddiseasedetectionduringoperationalphaseofexpressway

YU Xian-jiang，WANG zheng，ZHENG Xin，MA Sheng-hao，GU Zhang-chuan

(China Design Group Co., Ltd.,Nanjing,Jiangsu 210014，China)

By means of ground penetrating radar (GPR) equipment for an operating period of Jiangsu province highway subgrade slope erosion parts of the nondestructive testing, research and analysis of subgrade whether diseases, such as imperfect, loose, escapes, put forward specific measures to reinforce the highway, improve subgrade pavement integrity, improve vehicle safety, provide a reference for operation period of highway maintenance design.

the Ground Penetrating Radar (GPR)；operation phase；the highway；roadbed diseases

2017-03-29

俞先江(1978-)，男，高级工程师，主要从事道路工程检测等工作。

江苏省2016交通运输科技与成果转化项目：项目名称《江苏省公路工程质量监督检查标准化研究》，项目编号：2016B04。

U415.5

：C

：1008-3383(2017)07-0022-02