地质雷达在公路厚度结构检测方面的应用

雷达检测技术具有无损、快速、简易、精度高等优点，可作为今后公路工程施工(特别是高等级公路施工)的一项重要的地球物理探测技术，并能够为依法规范道路建筑行为提供科学技术保障。

路面厚度结构无破损检测属超浅层地球物理勘察的范畴，其特点是道路结构层物性差异不大且分层厚度小，探测深度浅，探测精度要求高，探测速度快，常规的地球物理方法与技术根本无法满足要求。

虽然为适应公路质量检测的需要，我国少数省区引进了一些国外设备，由于各国具有不同的国情和执行标准，引进设备的检测指标体系不具备通用性，根本无法完全照搬国外的检测方法。

以往，国内除采用钻孔取样检查路面厚度外，还没有采用其它方法对道路工程进行交工验收检测。 根据我国于1999年7月1日开始实施的交通部行业标准《公路工程质量检验评定标准(JTJ071- 98)》 的有关规定，路面表层的平整度 、弯沉度和路面结构层的厚度被列为评价高等级公路路面质量的重要指标，在诸项指标中路面厚度是最为重要的。

标准中还规定，沥青面层总厚度检测绝对偏差小于-8mm，极值-15mm，上面层为小于-4mm，极值为-8mm；水泥面层为不大于-5mm，极值为-10mm。

目前，交通部门普遍采用钻孔取芯检查法进行路面厚度检测和质量评价。具体做法是每200m每车道2处钻孔。

近年来，对混凝土质量的无损检测还采用与弹性波有关的方法。1995年，河北物探大队就应用瑞雷波对公路质量进行过无损检测，取得了比较理想的效果。与弹性波相比，雷达波频率高，波长短，分辨率高。因此，随着探地雷达应用范围的推广，它在混凝土质量检测方面也逐渐占有了一席之地，并且在道路建设中发挥着越来越大的作用。

雷达技术应用于路基路面物理力学指标的无损检测开始于80年代后期，欧美最早应用，到我国应用的时间大约在90年代初。雷达技术在路面厚度探测中的试验研究开始于90年代。1992年～1994年美国联邦公路局(FHWA)组织实施了一项攻关课题研究，名为“战略公路研究计划—SHRP”；他们对GPR在道路工程中的应用进行了深入的研究，在分层探测、路下空洞、道路厚度、覆盖层脱粘、桥面风化等方面获得了成功，并由此诞生了高速公路探地雷达，委托GSSI在SIR-10A基础上开发生产SIR-10H型高速公路地下界面探测雷达。

1994年W.M.KimRoddis等人对美国Kansas州的11种不同种类的道路用探地雷达进行了分层探测工作，为道路质量评价和道路维护提供了建议，所测结果与Kansas州交通局对73个点钻孔取样的结果相比，偏差仅为±(5～10)%。1996年，J.Hugenschmidt用GSSISIRSYSTEM-10A型探地雷达仪及2.5GHz、900MHz天线在瑞士的Gotthard高速公路上进行了探测工作， 工作的目的是为道路的维护提供资料信息[12] 。

道路型探测雷达除了SIR-10H外，目前还有CBS-9000B道路专用雷达，该设备由北京爱迪尔国际探测技术有限公司研制，具有全中文界面，并在交通部科研所北京通州检测场进行了多批次实验，在山东省济鱼路任城段(沥青路面)进行过实地探测。 此外，我国的地球物理工作者在道路质量检测方面 也做过大量的工作。

如：1994年，南京振隆公司引进GSSI生产的第一台SIR-10H雷达；同年，广东省华南物探公司又引进第二台SIR-10H雷达系统，开展了公路工程质量检测工作研究，并研制开发了一套数据处理软件系统，先后在广东佛开高速公路、清远市某路段上进行了实地检测工作；后来，又有吉林省交通科研所、江西省交通科研所、河北省交通厅冀民公司、中南工业大学、华能公司、长沙交通学院等多家单位引进了该设备；时至今日，我国已有近10台公路型探地雷达活跃在公路检测、机场跑道测量和桥涵工程质量监控工程。

1996年，中国地质勘察技术院等人用探地雷达对西安—宝鸡高速公路进行过质量检测。在我国的长吉高速公路、长春—四平高速公路、沪宁线高速公路、305国道、石安高速公路等多条公路上都应用探地雷达进行过分层检测。1999年，中南大学地球物理研究所针对高速公路的实际情况，在研究了高速公路砼面中高频电磁波的传播特征及雷达技术参数的基础上，采用SIR-10H型道路雷达探测系统(2.5GHz道路专用喇叭天线)和自主开发的高速公路雷达探测解释系统对湖南省内的多条高等级公路进行了现场检测和试验工作，在国内首次直接采用雷达资料进行道路交工验收路面厚度检测工作。

试验结果表明，采用自主开发的高分辨软件探测高速公路砼面厚度，整体上精度可以控制在5mm，相对误差为1%～3%。据美国地球物理探测公司提供的技术资料，类似条件的探测精度为7mm以上。采样间距为30cm时，检测速度可达约60km/h，适宜进行大面积普查探测。

采用大钻孔间距，仅在路肩带钻孔与探测结果进行对比，完全可以避免钻孔检测法检测厚度时对主车道结构的破坏并且可以很好地达到全线各个车道厚度检测的目的。另外，中南大学地球物理勘察新技术研究所与湖南省交通建设质量监督站合作，共同开展了高分辨、快速、无损道路路面结构检测技术研究工作，该课题研究现已完成，正在组织成果的鉴定工作。

通过两年多的辛勤工作，课题组在道路路面厚度雷达检测方面取得了大量卓有成效的工作。 为验证检测结果，在益长高速公路、长沙国道绕城公路、1814新线邵东段、宁横公路上采用了钻孔取芯测厚与雷达检测厚度进行对比。益长高速公路共打55个孔做误差分析，其结果为：最大误差1.50cm；最小误差0.01cm；平均值差0.06cm；标准均方差0.91cm。长沙国道绕城公路共打孔69个，上面层雷达检测结果与抽样钻孔平均值的误差0.106c m， 面层总厚度平均值误差0. 099cm；其中，上面层最大误差 0.88cm，最小误差0.01cm，面层总厚度最大误差1.70cm，最小误差0.02cm。1814新线共打对比孔20个，由于钻孔只打过面层，因而只能进行面层结果对比；其中面层平均误差0.197cm，最大误差1.71cm，最小误差0.18cm。宁横公路在补强段和未补强段各打对比孔7个，其中补强段平均误差0.81cm，未补强段平均误差0.68cm。

从以上对比分析结果来看，雷达路面厚度结构检测技术可作为高等级公路路面质量检测的方法加以推广应用。虽然钻孔取芯方法具有直观、可靠的特点。但有其局限性，如损坏路面、代表性差、效率低、成本高。与钻孔取芯检测相比，雷达检测技术具有无损、高效、高精度等突出特点，而且其探测结果可消除钻探上的一孔之见。