地質(zhì)雷達(dá)在公路工程質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用分析
2015-07-27
隨著公路工程的飛速發(fā)展，公路施工技術(shù)也在不斷革新，傳統(tǒng)的公路質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)被淘汰，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)作為一種先進(jìn)、高效、精確和安全無(wú)損的檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)全面取代傳統(tǒng)的公路質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)。相較于傳統(tǒng)公路質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)具有眾多優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用前景不言而喻，但是當(dāng)前在公路工程質(zhì)量檢測(cè)中，對(duì)于地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用仍存在一定的不足之處，所以，如何在公路工程質(zhì)量檢測(cè)中更好的應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是公路工程技術(shù)人員迫切需要解決的問(wèn)題。
1.地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)概述
地質(zhì)雷達(dá)又能稱(chēng)為地雷達(dá)，英文縮寫(xiě)為GRP，主要就是利用108Hz左右的高頻電磁波對(duì)地下介質(zhì)電性分布狀態(tài)進(jìn)行探測(cè)的一種物理探測(cè)方法，具有精度高、效率高、成本低、無(wú)破損且能連續(xù)進(jìn)行檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。屬于一種新型無(wú)損物探儀器，現(xiàn)階段在公路工程方面被廣泛應(yīng)用。地質(zhì)雷達(dá)主要由兩部分組成，分別是雷達(dá)主機(jī)和天線系統(tǒng)。其中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)組成了雷達(dá)主機(jī)，發(fā)射裝置和接收裝置組成了天線系統(tǒng)，而發(fā)射裝置主要由發(fā)射天線于發(fā)射控制器組成，接收裝置主要由接收天線與接收控制器組成。其中雷達(dá)主機(jī)能夠?yàn)樘炀€系統(tǒng)提供信號(hào)的觸發(fā)，而后還能將天線系統(tǒng)接收到的信號(hào)以數(shù)字化模擬形式呈現(xiàn)出來(lái)，最后及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和保存。天線系統(tǒng)的主要作用就是接收和發(fā)送信號(hào)，且還具有互轉(zhuǎn)作用，例如將發(fā)射脈與電磁波信號(hào)進(jìn)行互轉(zhuǎn)。地質(zhì)雷達(dá)的原理是利用108Hz左右的高頻電磁波按照寬帶脈沖形式，通過(guò)一個(gè)發(fā)射天線從一定角度向地下發(fā)送無(wú)線電波，當(dāng)無(wú)線電波經(jīng)過(guò)有電性差異的地層或其它物體時(shí)，就會(huì)反射回地面，這時(shí)采用另一個(gè)接收天線收集反射回來(lái)的無(wú)線電波，最終雷達(dá)主機(jī)會(huì)將這些收集到的信息記錄、保存下來(lái)，并以數(shù)字化模擬形式呈現(xiàn)出來(lái)。此外，在不同介質(zhì)中傳播高頻電磁波時(shí)，其會(huì)隨著介質(zhì)電性特征及幾何形態(tài)變化而使傳播的路徑、波形、走時(shí)、強(qiáng)度也產(chǎn)生變化?；谶@一情況我們可以得知，只需及時(shí)對(duì)接收到的時(shí)域波進(jìn)行仔細(xì)分析和處理，就能夠確定地下的結(jié)構(gòu)和空間位置。天線頻率直接影響著地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)范圍、深度和分辨率。不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)使用的天線頻率也不同[1]。
2.地質(zhì)雷達(dá)在公路質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用探討
2.1公路路面厚度檢測(cè)
以往我們?cè)趯?duì)公路路面厚度進(jìn)行檢測(cè)的方法主要是采用挖坑檢查法和鉆芯取樣法，這些檢測(cè)方法具有效率低、耗時(shí)長(zhǎng)、存在盲目性的缺點(diǎn)，不僅還對(duì)原本的路邊結(jié)構(gòu)造成破壞，一旦投入使用進(jìn)行通車(chē)，那么還會(huì)對(duì)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生極大的威脅。采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)公路路面厚度進(jìn)行檢測(cè)，具有精度高、效率高、成本低、無(wú)破損且能連續(xù)進(jìn)行檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，是一項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)手段，能夠有效規(guī)避傳統(tǒng)檢測(cè)方法所帶來(lái)的弊端，從而為準(zhǔn)確獲知公路路面厚度提供可靠的保障。路面厚度檢測(cè)在整個(gè)公路檢測(cè)中都起著舉足輕重的作用，是整個(gè)公路檢測(cè)的關(guān)鍵內(nèi)容，通過(guò)對(duì)公路路面厚度檢測(cè)得知，普通的公路路面厚度約為20厘米，在探測(cè)路面厚度時(shí)，所允許的誤差范圍為小于±1厘米。采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)路面厚度進(jìn)行檢測(cè)，其分辨厚度只有子波波長(zhǎng)的四分之一，而電磁波在瀝青混凝土中的傳播速度為每毫秒10厘米左右，這樣就能計(jì)算出地質(zhì)雷達(dá)采用的中心探頭應(yīng)大于900MHZ，從而將厚度約為20厘米的公路路面誤差范圍控制在±1厘米內(nèi)。
2.2路面檢測(cè)的工作方法與技巧
一是根據(jù)檢查路面的類(lèi)型和檢測(cè)的路面精度要求選擇地質(zhì)雷達(dá)，不同的路面類(lèi)型和精度要求選擇的地質(zhì)雷達(dá)也不同。主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，檢查路面的類(lèi)型為瀝青混凝土路面，這時(shí)選用的雷達(dá)天線的中心頻率應(yīng)為2500MHZ，且該雷達(dá)天線具有分辨率高、精度大、發(fā)射頻率高的特點(diǎn)，使用該雷達(dá)天線進(jìn)行路面厚度檢測(cè)，其精度誤差能夠控制在合理范圍之內(nèi)；但是該雷達(dá)天線也存在一定的不足，例如能量低、能耗大，只能穿透30厘米后的鋪砌層，因此，該雷達(dá)天線的主要作用就是用來(lái)對(duì)瀝青混凝土各面層厚度進(jìn)行分析，且該雷達(dá)天線為懸掛式，通常懸掛在汽車(chē)尾部，其檢測(cè)速度有理論和實(shí)際之分，一般理論檢測(cè)速度能達(dá)到每小時(shí)90千米，但是由于實(shí)際情況各不相同，所以在實(shí)際運(yùn)行中檢測(cè)速度只能達(dá)到每小時(shí)30千米上下。第二，檢查路面的類(lèi)型為水泥混凝土路面，這時(shí)選用的雷達(dá)天線的中心頻率為500MHZ，該雷達(dá)天線為地拖式雷達(dá)，其發(fā)射器與接受器為合并狀態(tài)。該雷達(dá)天線具有發(fā)能大、介質(zhì)中耗能小、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，因此其穿透性極好，一般能穿透1.5米左右的介質(zhì)，但是其精確性能和誤差范圍不如2500MHZ的雷達(dá)天線。
二是相較于傳統(tǒng)檢測(cè)方法，地質(zhì)雷達(dá)取樣密度高，根據(jù)取樣密度要求的不同能分為2米、1米、0.5米，進(jìn)行間隔取樣，此外，針對(duì)一些特殊疑難地段還能采取加密取樣的方式，通過(guò)這樣能夠確保取樣所獲取的資料充分符合足取樣密度和精度要求。這為公路工程質(zhì)量檢測(cè)分析提供了便利。
三是采用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行公路工程質(zhì)量檢測(cè)，不僅規(guī)避了傳統(tǒng)檢測(cè)方法所帶來(lái)的弊端，還節(jié)省了大量人力、物力資源，即提高了工作效率，又減少了傳統(tǒng)檢測(cè)所耗費(fèi)的時(shí)間，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程的無(wú)破損檢測(cè)。
2.3路基與路面病害檢查
公路一旦投入使用，正式通車(chē)，那么公路路基和路面必然會(huì)不斷承受大量的車(chē)輛荷載和自然因素影響，長(zhǎng)久以往公路路基與路面就絕對(duì)會(huì)產(chǎn)生變化，例如路基出現(xiàn)沉降、暗穴、滑坍等情況，而路面出現(xiàn)車(chē)轍、開(kāi)裂、沉陷等情況。因此，準(zhǔn)確查明路基與路面病害產(chǎn)生原因非常重要。通過(guò)利用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)對(duì)公路路基與路面進(jìn)行檢測(cè)，能夠?qū)⒖睖y(cè)結(jié)果以圖像方式呈現(xiàn)出來(lái)，從而通過(guò)圖像能夠清楚了解路基、路面的病害程度，從而為公路的維修及養(yǎng)護(hù)管理工作提供了強(qiáng)有力的保障[2]。
3.地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用前景
應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)公路工程質(zhì)量，我國(guó)是這方面的先行者，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究、推廣和發(fā)展，我國(guó)在應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)公路工程質(zhì)量方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，同時(shí)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)方法也在不斷優(yōu)化改善，并在為過(guò)公路工程中得以廣泛應(yīng)用。隨著我國(guó)交通建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，公路工程的快速發(fā)展，公路工程質(zhì)量檢測(cè)作為評(píng)定公路工程質(zhì)量和反映公路投入使用安全的有效手段，其必須緊跟時(shí)代發(fā)展需求，通過(guò)不斷完善和發(fā)展公路工程質(zhì)量檢測(cè)方法，從而為公路的使用質(zhì)量和投入使用安全性能以及公路保養(yǎng)維護(hù)管理提供強(qiáng)有力的保障。在公路工程質(zhì)量檢測(cè)中應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程的無(wú)破損檢測(cè)，其意義重大，可以預(yù)見(jiàn)地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用前景必定是一片廣闊，也必將成為公路工程質(zhì)量檢測(cè)今后發(fā)展的主流方向[3]。
4.結(jié)語(yǔ)
綜上所述，本文從地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)概述及其在公路質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用，以及地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用前景等方面進(jìn)行了分析與探討，具有十分重要的意義，不僅有助于提高我國(guó)公路質(zhì)量檢測(cè)水平，還能對(duì)往后公路工程質(zhì)量的控制及減少經(jīng)濟(jì)損失提高效益做出巨大貢獻(xiàn)，從而進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)交通事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
