探地雷达在道路无损检测技术中的应用

李周强

（1.湖南省地质矿产勘查开发局四0二队，湖南 长沙 410014；2.湖南省勘测设计院，湖南 长沙 410014）

一、引言

随着我国公路的快速发展，常规检测手段已无法满足道路养护的需要，以电磁波技术、计算机技术等高端技术为代表的新型检测技术应运而生。其特点是不必通过检测开挖就能得到道路内部结构的病害信息，针对其病害类型制定完善的养护措施。此外，雷达检测技术能够准确测定路面结构层的厚度，以此判定公路修筑厚度是否满足设计施工要求。随着技术的发展，探地雷达已经可实现三维探测，准确定位道路平面、横断面、纵断面的信息，充分提高了道路检测的准确性。

二、探地雷达基础理论

（一）电磁波理论

探地雷达技术能通过向探测物体发射电磁波后，根据电磁波的振幅、频率和波相等传播特点来反映物体内部的实际情况。而电磁波的传播特点与材料的介电特性密切相关，被探测物体的介电常数数值的不同会导致雷达天线回收得到的电磁波特性不同。

（二）道路材料的介电特性

探地雷达技术的应用基础是道路材料不同的介电特性，只有掌握材料的介电特性才能准确分析电磁波的传播特性。不同介质的介电特性主要是根据介电常数、磁导率和电导率来判断，由于大部分材料的磁导率为1，因此分析介电特性时，主要是分析电导率和介电常数。

（三）电磁波传递特性

介电常数和电导率决定了电磁波的传递特性，从介电常数的角度分析，当被探测物体的介电常数数值越大时，如湿黏土，介电常数数值高达6～15，会导致电磁波在湿黏土内部传播较慢，同时在物体内介质会吸收接收到的电磁波。反之，当探测物体的介电常数越小时，（例如干沙岩，会导致其内部的电磁波传播速度较快）被介质吸收的电磁波越少。

当电导率较大时，电磁波穿过介质时的能量将会快速衰减，检测深度或厚度会受到限制。当电导率较小时，能量衰减慢，电磁波则能够获得较大的检测深度和厚度。

三、工程实践

（一）工程概况

某公路工程全长65.24km，路面结构为水泥稳定碎石上加铺沥青混凝土。由于道路K10+500～K12+800、K14+300～K16+500、K21+200～K23+300等桩号出现多出沉陷，为了检验道路内部是否出现脱空现象，拟采用三维探地雷达技术检测其病害。

（二）工程材料

1.沥青

为确定路面各材料的性能，检测合同路段的沥青原材料结果如表1所示。

2.集料

合同路段集料产自福建省，根据查询的设计文件，确定级配设计满足要求，集料试验结果如表2、表3所示。

（三）检测方案

本次雷达检测主要是道路沉陷较多路段，针对K 10+50～K 12+800、K 14+300～K 16+500 及K21+200～K23+300左右两幅的全路段实施检测，同时为了保证检测结果的准确性，先采用FWD复核雷达结果后再采用传统钻芯取样方法完成实地钻芯验证，对于检测出的脱空、空洞等较为严重的病害及时上报甲方进行开挖验证和修复处理。

表1.改性沥青性能检测结果

表2.粗集料性能评价试验结果

表3.细集料性能评价试验结果

（四）雷达检测

针对K10+500～K12+800、K14+300～K16+500、K21+200～K23+300路段的检测结果，共计发现病害6处，其中空洞1处，脱空5处。通过针对K14+300～K16+500路段出现空洞情况的原因分析，发现主要是该地区附近地下水管破裂渗水导致土壤松散，同时由于当地降水十分频繁，导致路基基层冲刷严重，集料严重流失。

（五）FWD检测

根据检测结果可知，K15+323～K15+325路段检测结果存在偏差，为了准确判断病害种类，落锤式弯沉仪检测结果如表4所示。

表4.落锤式弯沉仪检测结果

（六）钻芯检测

针对K15+323～K15+325路段钻芯取样，两处钻芯取样检测结果均符合雷达检测结果。通过分析落锤式弯沉仪检测结果发现，结果存在的误差可能是因为检测点位的偏移，而探地雷达的全幅检测特性，能保证探地雷达技术在道路工程中具有更高的准确性。

四、结语

本文主要研究了探地雷达在道路无损检测技术中的应用，针对探地雷达基础理论中的电磁波理论、道路材料介电特性和电磁波传递特性作了简要说明，同时结合具体工程实例，对比了探地雷达和落锤式弯沉仪检测技术。结果表明，探地雷达检测技术是一种更加可靠的新型检测技术。