探地雷达在城市道路地下病害处理质量检测中的应用核心思路分析

侯娜

1. 辽宁省交通规划设计院有限责任公司 辽宁 沈阳 110166；

2. 辽宁大通公路工程有限公司 辽宁 沈阳 110166

引言

随着我国经济的飞速发展和城市化进程的加快，城市道路建设和地下工程施工也在突飞猛进，取得了日新月异的变化。但是，其中的各种问题和隐患也随之而来。地下病害会导致城市道路遭到破坏，可见如何检测城市道路的地下病害，也就变得尤为重要起来。传统的检测是根据程序随机钻孔取样，再讲样本拿到实验室进行分析测试，从而获得一些相关的参数。这种方法有利也有弊，好处是具有真实、直接的优点，弊端则是具有明显的片面性，并不能代表城市道路地下病害的整体情况。而且这种方法的工作效率很低，城市道路的破坏性也很大。而探地雷达技术的出现，使得工作效率和检测精度大大提高，解决了传统方法的诸多弊端。

1 城市道路地下病害的种类和危害

根据城市道路地下病害的控灾、致灾因素及其发展过程，可将其分为5类，分别为：路面脱空病害、地下空洞病害、路基疏松病害、富水异常病害、水囊病害。其中的疏松病害、富水异常病害和水囊病害，又分为轻微病害、中等病害和严重病害[1]。

1.1 路面脱空病害

路面的不连续就是我们通常所指的脱空，如不及时处理会引起断角、断板等病害，影响道路的使用寿命；半刚性基层沥青路面的结构不连续病害，它是指由于路基不均匀沉降及路基土固结、温度、湿度、荷载、材料等因素造成半刚性基层沥青路面结构层的不连续接触现象。在该种病害的位置可能出现道路承载力下降，如不及时处理会路面出现唧浆、龟裂等病害。白改黑的路面，因板体不稳定也可能引发反射裂缝的发生。

1.2 地下空洞病害

除了城市道路的路面容易形成脱空之外，在城市道路的地层下面也容易形成地下空洞。这部分脱空的区域通常埋藏较深，影响也较大，具有一定的不确定性。地下空洞病害由于隐藏的较深，容易被人们忽略，从而也经常会带来一些突发事件。

1.3 路基疏松病害

路基疏松是由于道路在施工的过程中，由于不合理的挖掘和填埋，导致土壤密度不够而造成的。如果在暴雨或连续阴雨天气，容易造成路基疏松。当路基疏松达到一定程度时，载重量大的汽车驶过，便很容易造成路面的坍塌。路基疏松病害较为严重时，便会发展成为地下空洞病害。

1.4 富水异常病害

城市道路的地下经常会埋有管线，这些管线往往会发生渗漏等情况。当渗漏达到一定程度时，路基的材料就会回填，进入到水中。这样一来，就会导致路基疏松病害的产生，随着时间的推移，也会变得越来越严重，最后形成地下空洞。

1.5 水囊病害

由于管线渗漏或是自然降雨，城市道路的地下某些区域会形成严重积水，从而形成水囊。水囊一旦泄露，就会造成地下空洞，导致道路坍塌。

由此可见，路基疏松病害、富水异常病害、水囊病害是城市道路地下病害的早期阶段，危害性较小。但如果不能够及时地发现并采取补救措施，就会引起地下空洞病害和路面脱空病害。

2 城市道路地下病害处理质量检测的必要性

城市道路地下病害的危害性较大，能够降低道路的使用寿命、损害道路的使用效果，还会对人们的生活和城市的形象造成一定影响[2]。俗话说，病向浅中医，治理城市道路地下病害也是这个道理。如果能够及时地发现一些地下病害的小问题，就会防止很多大事故的发生。而如果对于一些不严重的地下病害发现不及时，或者不够重视，没有采用及时补救措施，它们就会进一步恶化成严重的地下病害。由此可见，对于城市道路地下病害处理质量的检测，还是十分必要的。通过有效的检测方法，我们可以掌握城市道路地下病害的状况动态，从而采取有效措施。由于我国目前的检测条件有限、检测经费不足，无法对每个城市都进行全面的检测。所以采用高效的检测方法，就显得更加必要了。

当城市道路出现以下情形，都有必要进行地下病害处理质量检测：当城市道路路面发生严重变形时，应立即对其进行检测；当城市道路路面发生严重坍塌事故时，应立即对其进行检测；当城市道路地下管线发生严重变形时，应立即对其进行检测；当成是道路地下管线发生严重断裂时，应立即对其进行检测。此外，对于不同的城市道路，还应制定出相应的合理检测计划[3]。城市的主干道、走车广场、管线密集区域，以及埋藏在地下的旷日经年的基础设施区域，应该定期进行检测；对于工程施工项目，应该在施工之前和竣工之后，分别进行检测；城市举办重大活动，应在举办活动之前，对整个区域的道路、广场、地下管线进行检测；河道周边区域以及排水管路，应该在汛期结束后进行检测；对于有潜在风险和安全隐患的区域，应该择机进行检测。

3 探地雷达技术及其检测原理

对于城市道路地下病害处理质量的检测，有多种技术方法，可以根据工作性质、重要程度、病害类型、场地条件等因素来选择具体操作方案。在众多的检测技术当中，探地雷达技术具有效率高、成本低、操作简单、对路面无损害等特点，也被越来越多的检测单位所采用。

3.1 探地雷达技术简介

探地雷达技术是一种是利用天线发射和接收高频电磁波来探测介质内部物质特性和分布规律的一种地球物理方法。探地雷达早期有多种叫法。如地面探测雷达、地下雷达、地质雷达、脉冲雷达、表面穿透雷达等，都是指面向地质勘探目标、利用高频脉冲电磁探测地质目标内部结构的一种电磁波方法。由于探地雷达探测的高精度、高效率以及无损的特点，目前主要被用于考古、矿产勘查、灾害地质调查、岩土工程勘察、工程质量检测、建筑结构检测以及军事目标探测等众多领域。探地雷达的工作频率范围介于1M～1GHz之间，在地下介质中的传播以位移电流为主。虽然探地雷达和地震方法的物理机制和测量的物理量不一样（电磁波和弹性波），但两者的运动学特征一致，遵循形式相似的波动方程，只是其中参数的物理意义不同[4]。这种运动学特征的相似性使得探地雷达方法从数据采集、数据处理（包括处理软件）到数据解释都可借鉴地震勘探的方法技术成果。近年来随着电磁波理论研究的深入，一些电磁特性如极化特性等得到更深入的研究，雷达设备、采集技术和数据处理方法等方面得到开发和应用。

探地雷达在城市道路地下病害处理质量检测中，主要是根据地下介质电性的差异，通过高频电磁波进行检测。由于地下的脱空、空洞、疏松、富水异常和水囊区域及其周围地层有较强的电性区别，也就形成了电磁波的发射界面。当探地雷达发射的电磁波遇到这些界面，便形成了反射。地上的雷达即受到这些反射信号之后，将它们记录下来，形成影像，再通过各项数据处理来提取有效的部分，最后得到有效的信息，来判定城市道路是否存在地下病害，以及地下病害的种类和严重程度。

3.2 探地雷达技术的检测原理

探地雷达利用天线发射高频短脉冲宽频电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波，雷达图形以脉冲反射波的形式被记录，波形的正负峰值分别以黑白色、灰色或彩色表示，这样同相轴或等灰度、等色线即可形象地表征出地下介质或目标体的反射面。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，根据接收到波的旅行时间、振幅和频率等信息，可推测地下介质的结构、构造与埋设物体深度。

3.3 探地雷达技术的缺点

探地雷达是通过天线向城市道路下面发送电磁波，这就决定了其具有一定的局限性。在探测的过程中，可能会受到地下介质的影响。因为电磁波在通过地下介质时，会遇到磁场，从而使其发生一定变化。可见探地雷达的检测有效深度是有限的，大多数情况下不会超过十米的范围。随着科技的飞速发展，探地雷达技术也会日益发展和完善，相信终有一日会解决这一难题。

除此之外，探地雷达还容易受到各种各样信号的干扰，比如手机信号、广播信号、无线路由器信号等等。这些干扰信号在城市道路地下病害处理质量的检测工作中，是常见的，也是无法避免的。一旦受到干扰，探地雷达检测出的数据就会不准确，从而影响正常判断[5]。随着探地雷达技术的发展，人们也研究出了一些抗干扰的方法，常见的有方法有数字滤波、背景消除，类似这样的信号干扰通常被称之为噪声，然而在实际工程检测中，噪声是不可避免的，这对探地雷达的电磁波信号有非常大的干扰，探地雷达的最终成像质量会被直接影响。为了改进这一问题，学者们研究了很多探地雷达数据处理的方法：数字滤波、背景消除、偏移处理、校正切除、小波变换，等等。

4 探地雷达在城市道路地下病害处理质量检测中的应用

4.1 对地面裂缝的检测

由于拉张、挤压、错动等原因，城市道路的地面会出现裂缝。这些裂缝的严重程度，用肉眼很难识别和分辨[6]。利用探地雷达检测时，需要具体问题具体分析、不同情况不同处理，也要因地制宜，不可一概而论。根据产生地面裂缝的不同原因和不同特点，选择合适的仪器进行检测。

4.2 对结构层厚度的检测

电磁波在通过结构层时，会产生一定的时间和速度。用时间和速度相乘，便可检测出路面结构层的具体厚度。掌握了路面结构层的具体厚度，便可以判断城市道路是符合要求的，还是存在问题的。若是存在问题，还可以大致推测出是哪种类型的地下病害。

4.3 对路面脱空病害和地下空洞病害的检测

前文提到，城市道路在建成投入使用之后，随着时间的推移，会出现路面脱空病害和地下空洞病害。对于路面脱空病害，如不及时处理会引起断角、断板等病害，影响道路的使用寿命。而地下空洞病害一旦严重的话，会出现道路塌陷的现象。利用探地雷达技术，可以对路面脱空病害和地下空洞病害进行有效的检测。

5 结束语

城市道路地下病害的主要有路面脱空、地下空洞、路基疏松、富水异常、水囊几种，其中路面脱空病害和地下空洞病害较为严重，而路基疏松、富水异常、水囊等病害一旦严重，则会演变为地下空洞，导致路面的塌陷和事故的发生。城市道路地下病害处理质量检测十分必要，可以掌握城市道路地下的情况，及时发现问题，防患于未然。探地雷达技术具有效率高、成本低、操作简单、对路面无损害等特点，也在城市道路地下病害处理质量的检测当中得到了广泛的应用。然而探地雷达技术也存在着监测深度有限、易受信号干扰等问题，这些问题都有待于解决。探地雷达技术在城市道路地下病害处理质量的检测工作中，主要应用于对地面裂缝的检测、对结构层厚度的检测，以及对路面脱空病害和地下空洞病害的检测。