1、雷达检测技术在市政工程中的应用 王亮 西安建信市政工程质量检测有限公司 摘 要： 市政基础设施建设的发展水平直接影响着人们的生活质量, 尤其近几年我国的科技水平突飞猛进势必推动市政工程相关技术的发展。在市政工程建设过程中, 雷达检测技术的使用可以为施工提供可靠的数据支持和指导施工。在地下工程超前地质预报、路基填筑质量、管线探测、沥青路面厚度评估等方面都可以使用该检测技术。关键词： 雷达检测技术; 市政工程; 电磁波; 作者简介：王亮 (1984-) , 男, 工程师, 研究方向:市政道路检测。市政工程的特点是施工场地狭小, 交通影响大, 施工项目多, 包括道路交通设施, 城市供水及排水系统设施
2、, 城市园林绿化, 能源供应, 通讯消防等。这就给市政建设工作的开展增加难度。在施工路线上不可避免的遇到管线迁改, 地下构筑物保护等, 为了保护其它设施的正常使用, 传统的开挖工艺是通过人工探挖来保证开挖工作的正常开展。随着信息化检测技术的发展, 人们逐渐使用一些新的检测技术应用到市政工程中。比方雷达检测技术的使用就可很好的为市政工程服务。文章对雷达检测技术在市政工程中的应用进行阐述, 希望能给读者带来一定的启发。1 市政工程与雷达监测在我国城市化建设不断加快的今天, 市政设施的需求量日益增多, 市政工程即是为了满足人民生活的需求而进行的各种基础设施的建设工程, 所包含的内容及多, 如满足生活
3、出行需求的道路工程、桥梁工程、地铁等, 为满足日常生活需求的给排水工程、电力系统、燃气系统、暖通工程等, 以及改善生活、休闲环境的绿化工程、市政广场等。市政工程施工时, 需要对地面进行地质的勘探与检测, 如道路工程、地铁隧道工程, 其大部分检测的目标均位于地面以下, 施工完毕后, 道路的路基、垫层以及给排水管道等也埋设与地面以下, 具有隐蔽性的特点, 因此要想对进行质量检测难度较大, 如果采取直接取样的方法分析, 对道路、地面造成了破坏, 还需要进行修补, 不仅耗费人力物力, 还带来外观上的破坏。采用雷达检测技术则完美的解决了此问题, 它可以无损的进行检测, 既准确又方便, 还无需破坏路面或建
4、筑结构。应用雷达检测技术, 可以进行隧道检测、给排水及电力管线检测、沥青混凝土路面的铺设进行质量评估、道路路基检测、建筑物结构检测等工作, 保证了市政工程能够高质量稳定运行, 为城市化进程的推动做出了贡献。2 雷达检测技术2.1 技术简介雷达检测技术利用的是电磁波的物理性质, 通过不断的发射和接收电磁波来完成检测工作。电磁波的发射是使用雷达内的固体共振腔来完成的, 经雷达向地面发射后, 电磁波传入地下, 在传播途中电磁波被反射回来, 经接收后运用分析仪器对反射信号进行分析, 得到地层中的信息。雷达检测所发射的电磁波频率较高, 可达到吉赫 (GHz) 级别, 而用于采样的电磁波频率也要在兆赫 (
5、MHz) 以上。在市政工程中应用雷达监测技术时, 无需对待测土体或结构进行破坏即可完成检测, 操作步骤简单, 可直接成像观察, 检测结果更直观;使用计算机技术进行检测分析, 而通过电磁波的反射可以精准的获取目标物体的坐标, 精度更高, 我国自上世纪九十年代开始, 已经应用该技术进行工程检测, 效果良好。2.2 检测过程分析成套的雷达检测仪器主要包括有:雷达天线及发射器、电磁波接收装置、计算机及信号处理系统。在使用探地雷达时, 发射器产生一定频率的电磁波并由天线发射向地面, 电磁波在地面传播时, 如果地层中有不均匀介质, 在其介质边界的介电常数会发生变化, 电磁波由此回射, 回射的电磁波被接收装
6、置捕捉, 捕捉后的电磁波在信号处理系统中被转化为电信号并输入到计算机, 同时应用滤波、去噪、增益等技术在计算机中获得雷达检测剖面图, 人们通过雷达检测剖面图即可获知地下的情况。2.3 检测原理电磁波在不同介质中的传播速度是不一样的, 而在同一介质中是相同的, 由此可以利用这一原理来计算电磁波在地上及地下的回射波被接收的时间差来确定待测物的位置, 计算公式如下:式中:V 是电磁波在地层中的速度, 可以通过介电常数 求得, 公式如下:式中:C 是空气中的电磁波传播速度, 近似值为310km/s。另外, 回射波的振幅与反射系数是正相关的, 在低损耗的介质中反射系数表达式为:式中: 1与 2是两种介质
7、的介电常数, 由此可见, 在两种介质中的介电常数相差越大, 其反射强度越高, 同时介质中的导电性及电磁波频率越高, 则其穿透深度越低。3 应用分析3.1 地下管线探测以某新铺道路的地下管线探测为例, 在该路面的横断面上设置测线, 数量为六条, 采用 500MHz 和 250MHz 的天线进行作业, 进行扫描时, 每次均可获取两张雷达图, 分别是 250MHz 及 500MHz 的自发自收雷达图, 对接收信号进行处理的软件为 Ground Vision 软件, 从雷达图上可以明确的显示出三条管线, 第一条位置在原点, 埋深为 40cm;第二条据原点约一米半, 埋深 1.5m, 第三条据远点3.2
8、m, 埋深 80cm, 将探测数据输入到 Auto CAD 软件中, 得到了管线的分布图, 并以三维模式显示, 由此可以清楚的得到路面下管线的位置分布3.2 路面结构层检测以某沥青混凝土道路路面检测为例, 检测的目标是沥青面层厚度, 对照标准是道路设计方案, 检测的数量为一段, 其设计厚度为 150mm, 采用的雷达检测设备为 1000MHz 和 800MHz 天线, 天线放置于行车中, 如此可以短时间内进行较长距离的检测工作。实际检测时在路段中选取两个位置进行钻芯取样, 并校准雷达波速, 样品厚度分别为 140mm 和 145mm, 由此得到校准后的波速为 12.8cm/ns, 在雷达检测时
9、进行雷达图像的处理, 通过分析检测, 得到该路段 A 的沥青厚度上下极值, 最大值为 148mm, 最小值为 117mm, 平均值为 133mm, 为 10mm。由检测结果可见, 该沥青混凝土路段的沥青厚度实测值与设计值相比较小, 约减小了 11.3%。3.3 路基病害检测以某道桥工程的台背填土的病害检测为例, 该道桥工程的台背填土距地面的高度为 4.5m, 由于检测现场存在较多的电磁干扰, 为了更为精准的检测上路床的病害, 使用屏蔽天线, 频率为 250MHz, 天线采用间距为 38mm 的分布方式, 步距 5mm, 采样率 0.4ns, 测线的设置方式为沿道路布设, 并采用滚轮触发。经过试
10、验验证, 采用 100MHz 的天线屏蔽性差, 虽然理论检测深度大, 但实际使用检测精度及深度均表现不好。通过检测分析, 不密实的填土反映在雷达图上图像呈紊乱状态, 没有形成连续的同相轴, 甚至无法识别, 该病害可能导致沉陷、脱空现象。沉陷的病害反映到反映在雷达图上, 同向轴呈扭曲状, 不连贯, 有下凹的特点。如果雷达图中同向轴显示上凸状, 则表明出现了图控的情况。如果雷达图中同向轴不连贯, 并有断开的现象, 则表明存在裂缝。3.4 不明道路沉陷探测近几年各大城市较多的出现道路不明沉陷, 对过往行人和车辆的安全形成威胁。以某街道突然发生大面积沉陷为例, 采用 500MHz 和 250MHz 的
11、天线进行全路段检测。经数据分析发现塌陷位置附近 4 米深处埋设雨水管道, 且管道周围土层含水量较大, 由此可以初步判断导致地面沉陷的原因为管道破损, 导致雨水渗入到土层中, 因西安地区多为湿陷性黄土, 遇水则发生沉降, 形成空腔, 上下部脱节, 加上车辆的反复荷载使路面塌陷。在道路恢复时进行开挖, 发现雨水管道接口错台, 形成缺口, 导致雨水外渗, 由此可印证雷达检测结果。4 结束语雷达检测技术近几年推广很快, 由最初的在地质勘查方面使用, 到现在的可在市政建设中使用, 这主要是因为具备高检测效率和高准确度优势。应用雷达检测技术, 可以精确定位病害位置, 检测数据直观立体, 避免大面积开挖,
12、在病害修复时造成交通影响压力小, 环境污染少还节约资金。雷达检测技术在今后的道路综合普查、竣工验收、给排水及电力管线探测、应急抢险等方面将发挥巨大的优势, 确保市政设施能够高质量稳定运行。参考文献1查庆, 朱梅林, 王伟.地质雷达检测技术在公路工程检测中的应用J.北方交通, 2015, (1) :67-69+73. 2沈小俊, 王连成, 李建军, 等.雷达技术在公路工程隧道无损检测中的应用研究J.公路交通技术, 2014, (1) :111-117. 3黄成, 王正, 俞先江.路用探地雷达在公路病害探测中的应用J.工程技术研究, 2017, (2) :26-27. 4王庆.探地雷达应用于隧道检测技术的波形识别J.工程技术研究, 2017, (9) :126-127. 5康世海, 刘家富, 李斌, 等.地质雷达在中梁山隧道排水系统中的应用J.工程技术研究, 2017, (10) :100-102.
