探地雷达在港口道路病害探测中的应用

探地雷达在港口道路病害探测中的应用

王汉卿洪旭程

浙江省工程物探勘察院杭州310000

摘要：在道路改扩建或常规性养护定期探测中，采取常规的手段比较难以发现道路结构内部病害。文章通过工程案例分析，研究探地雷达在道路病害探测中的应用，分析了道路内部结构不同病害的典型特征，取得了良好的探测效果。文章研究成果有助于更方便的应用探地雷达对路面病害进行探测，为道路的改扩建和常规养护提供参考和建议，同时对探地雷达在探测领域的发展也有一定的促进作用。

关键词：探地雷达；道路病害

TheApplicationofGroundPenetratingRadarintheDetectingofHarborRoadDiseases

WangHanQing，HongXuCheng

ZheJiangEngineeringGeophysicalProspecting，Hangzhou，310000

Abstract：Itisdifficulttofindtheinternaldiseasesofroadstructurebyconventionalmeansinroadreconstructionorroutinemaintenance.Throughtheengineeringcaseanalysis，thispaperdemonstratetheapplicationofgroundpenetratingradar（GPR）intheroaddiseasedetection，analyzesthetypicalcharacteristicsofthedifferentdiseasesintheroad，andobtainsthegooddetectioneffect.Thisarticleresearchresultscontributetoamoreconvenientapplicationofgroundpenetratingradar（GPR）wascarriedoutonthepavementdiseasedetection，provideareferenceforroadreconstructionandroutinemaintenanceandthesuggestion，atthesametimealsotothedevelopmentofgroundpenetratingradarinthedetectionfieldhasacertainroleinpromoting.

Keywords：GPR；Roaddiseases

1引言

港口道路载重车辆来往频繁，加之雨水、风沙的侵蚀和冲刷作用，使得港口道路较其他道路更容易产生病害。以传统的钻孔取芯、弯沉探测为代表的道路病害探测方法，具有以点代面、工作效率低下的问题，无法还原道路病害的完整情况。探地雷达法是一种电磁探测方法，与传统探测方法相比，具有快速高效、无损、高精度、操作方便、探测内容丰富等优点1-3，除了常规的应用于路面结构层厚度探测外，还能够对路面部结构的脱空、空洞、裂隙、沉陷和严重疏松等病害隐患进行探测，能够较全面的反映出路面内部结构技术状况，具有实时连续、高精度、快速和无损等特点。

1探地雷达原理

探地雷达方法是采用中心频率范围介于10~1000MHz之间的高频电磁脉冲来探测地下地质结构与特征的电磁波探测技术。实际工作中多采用一定中心频率的电磁波进行探测。在宽带短脉冲电磁波入射到介质内部后，当遇到电性差异分界面时会发生反射、透射或折射现象，返回到地面的电磁脉冲信号会被雷达天线所接收，并以时间序列信号的形式存储起来。

图1探地雷达工作原理图

每一测点上的电磁波时间序列信号均包含了振幅、相位及电磁波在介质中的旅行时间等信息，待整条测线探测完毕后就可以获得该测线的探地雷达反射剖面。通过对采集到的时间域波形进行处理和分析，即可确定地下分界面或异常体所处的位置及结构。

2工程概况

图2状元岙港道路病害情况

状元岙港区地处浙江南部，隶属于温州港，是全国二十五个主要港口之一和国家重要枢纽港。自2008年建成以来，温州状元岙港区内的多条道路由于长期受到重车碾压已出现不同程度的开裂、沉降等现象（如图2所示），为保证港内道路车辆行驶安全，需对港口道路质量进行探测，圈定道路病害发育范围。

状元岙港口整体是在围海造陆的基础上修建而成的，地下结构较为均一，从上往下依次为砼面层、稳定碎石基层、级配碎石垫层、抛石层以及吹沙层。道路各层电性参数如下表所示，由于电性差异显著，利用探地雷达技术对道路进行探测能够快速有效的区分结构层位，圈定病害发育位置。

表1物性参数表

3数据采集

本次探地雷达探测采用的仪器为瑞典MALA公司生产的RAMAC/GPR型探地雷达及配套专用探测天线。根据项目实际情况，考虑探测深度和上覆层位的电导率特性，探测选用了500MHz和800MHz两种屏蔽天线。不同频率天线分辨率和探测深度在路面探测中存在差异，解译剖面对异常的刻画也不完全相同，甚至可能存在异常不明显的情况。800MHz天线对应剖面反映结构层较为清晰，尤其对浅表层反映效果较好，但这种频率天线探测深度相对较浅，500MHz天线刻画异常不够细致，在浅表部有盲区，不能完全区分层位，但具有更大的探测深度，可以弥补800MHz天线探测深度的不足。

4资料处理方法

为了对雷达图像进行合理的地质解释，首先需要进行数据处理。数据处理主要是对雷达波形作处理，包括增强有效信息、抑制随机噪声、压制非目标体的杂乱回波、提高图像的信噪比和分辨率等。其目的是压制随机的和规则的干扰，以尽可能高的分辨率在雷达图像上显示反射波，便于提取反射波的各种有用参数。本次探地雷达资料处理流程包括：数据编辑、能量衰减增益、数字滤波处理、背景消除、地形改正等。

5资料处理成果

如图3所示，蓝、紫、玫红、绿四色分别表示砼面层、稳定碎石基层、级配碎石垫层、抛石层以及吹沙层五个层位的分界面（下同）。对于图中结构完好的道路，探地雷达剖面特征表现为：各结构层层位均匀，波形清晰，无杂乱反射，同相轴可连续追踪。图中能量较强的条状异常为路面铁板造成的干扰。经与开挖路段对比（图4），探地雷达剖面分层结果与开挖情况基本一致。

如图5所示，蓝色虚线区域内异常推断为路面结构基层疏松，由于介质结构疏松导致了电磁波在传播过程中衰减较快。具体特征表现为：同相轴缺失、振幅能量减弱，与旁侧同相轴相比不连续。

如图6所示，蓝色虚线区域内的异常推断为路面脱空，由于路面各结构层采用的修筑材料不同，当施工过程中两个层面之间粘合不好或是透水性设计不当时，会造成层间脱空，异常具体特征表现为：剖面中脱空位置有能量较强的弧形绕射波。该处除脱空外，还发现有地面沉降情况，具体表现为同相轴具有较大的倾向。

6结论

探地雷达技术由于对浅表层结构探测精度高，施工效应快，对探测目标体无损伤，已广泛应用于工程中，本文利用探地雷达技术对港口道路进行探测，确定了道路病害位置，为后期道路病害治理提供了可靠的依据，取得很好的应用效果。

参考文献：

1.黄成，王正，俞先江.路用探地雷达在公路病害探测中的应用.工程技术研究.2017（2）：26-7.

2.周杨，冷元宝，赵圣立.路用探地雷达的应用技术研究进展.地球物理学进展.2003；18（3）：481-6.

3.何水明，李大心.探地雷达探测公路路基质量的可能性探讨.地质科技情报.2000；19（3）：90-2.