路面雷达在混凝土路面脱空识别中的应用

２０１０年第１期　黑龙江交通科技　ＨＥ　ＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＫＥＪ　Ｎｏ．１，２０１０　（总第１９１期）　（Ｓｕｍ　Ｎｏ．１９１）　｛道路ｍ程｝厂＋　＿－。　”　。、　＋．．＋　＋．＋—　路面雷达在混凝土路面脱空识别中的应用　夏伟军　，魏宪发　（１．黑龙江省收费公路管理局；２．黑龙江省交通科学研究所）　摘要：脱空是刚性路面的主要病害之一，路面雷达在刚性路面脱空识别中的应用也仅局限于根据雷达反射　信号定性判定，如何基于路面雷达反射信号对脱空进行定量判断是目前路面雷达应用技术的研究热点与难　点之一。　关键词：路面雷达（ＧＰＲ）；刚性路面；脱空　中图分类号：Ｕ４１６．２１７　文献标识码：Ｃ　文章编号：１００８—３３８３（２０１０）０１—０００１—０１　入射波　反射波　１混凝土路面板脱空的常规检测判断方法　一般来说，脱空主要出现在刚性路面，大量的试验和理　论研究表明，使用中的混凝土路面，经常出现局部脱空现　象，特别是细颗粒材料修筑的水泥混凝土路面。在水泥混凝　土路面的缝边、板角处，由于唧泥所引起的混凝土板下脱空　大量存在，在混凝土路面的缝边板角处，由于基础的脱空，荷　载作用下的混凝土板近似于悬臂梁工作状态，将产生过量　的弯沉和拉应力，在重复荷载的作用下，最终导致混凝土板　断裂、破碎。　传统的脱空评定方法有：　（１）外观评定法；　（２）实测弯沉与理论弯沉比较确定；　折射波　图２　电磁波在介质分界面上的反射与折射　脱空是路面底部形成空洞的一种专门称谓。在理想条　（３）驶近、驶离板角弯沉比较法等。　传统方法都存在着明显的缺点，就是主观性大、工作量　大等。　２地质雷达检测脱空的工作原理　件下，在空洞足够大能被雷达波分辨的时候，在面层底、空洞　顶的部位，将产生一与入射波反相的雷达波，在空洞底、基层　顶的部位，将产生一与入射波同相的雷达波，在此条件下，可　以清晰判断出脱空的位置及程度。　路面雷达是利用电磁波，通过对不同介质分界面进行连　续扫描，从而确定其内部结构形态和位置的电磁探测技术。　混凝土板下如出现了脱空，用探地雷达进行扫描时，将　在混凝土的底面及脱空基层的顶面形成不同的反射信号，由　于混凝土板和空气的介质常数不同，扫描时将形成混凝土面　板一空气夹层一基层自上而下的不同层面，经过处理后可形　成检测剖面，图３为混凝土路面板下脱空示意图。　其工作原理为利用电磁波发射天线向被探测目标发射宽频　带高频电磁波，同时利用电磁波接收天线接收由目标内部反　射回来的电磁信号，高频电磁波在介质中传播时，其电磁场　强度和波形将随所通过介质的介电性质和集合形态而变化，　由此通过对所反射回来的电磁波时间域信号进行采集、处理　和分析，可确定目标体的空间位置和结构状态，图１为地质　雷达工作原理图。　根据电磁波理论，当电磁波穿过层状介质时，由于上　混凝土板　Ｉ　ｌ　基层　下介质的电磁特性不同而产生折射和反射，见图２。　发射天线　接收天线　图３混凝土路面板脱空　３地质雷达的特性　地质雷达用于检测混凝土板下脱空有以下几个方面的　优点：　（１）检测效率高。车载天线１个工作日可检测单幅　３００　ｋｍ的路面。　（２）检测判断的准确度高。由于混凝土板和空气的介　电常数差异较大，地质雷达可以比较容易地判断出脱空位　图１路面雷达工作原理　（下转第３页）　收稿日期：２００９—１Ｏ一２７　第１期　徐艳海，韩健：论鹤大高速七台河至鸡西辅道重丘路段路堤的综合设计　总第ｌ９１期　＝ｔａｎ￣ｐ＝０．３８１）。取路基下滑的稳定系数为Ｋ＝１．２５，且　辅道的设计车辆荷载为公路Ⅱ级，车辆荷载的纵向分布长度　应进行稳定性验算。以鹤大高速七台河至鸡西辅道ＫＳ１＋　为１３　ｍ，横向分布宽度为５．５　ｍ，换算土柱高度为ｈ。＝ｎＧ／　５００断面为例，进行综合处理后的路基稳定性验算。　ｙＢＩ＝２　ｘ５５／（１．８７　Ｘ５．５　Ｘ　１３）＝０．８２　ｍ。　依据钻探资料，填料容量ｙ＝１．８７　ｔ／ｍ　，　＝２７。３０　２８”　具体验算过程详见表１。　表１　陡坡路堤稳定性验算　在地面横坡陡于１：２．５时，路堤可能沿地面下滑，造成　路堤变形过量而破坏，这是一类稳定问题。因此对陡坡路堤　剩余下滑力Ｅ＝一１７５．４　ｔ，路堤稳定，不须加以处理。　基基底状况，了解地基浅层有无软弱夹层和地质不良地段；　在鹤大高速七台河至鸡西辅道Ｋ５１＋５００桩号处路基横断　地下水及地表水对稳定性有无影响等。防止由于高路堤失　面与弃土场联合设计后，能顺利通过路基稳定性验算，表明该设　稳而引起连锁破坏。　计完全可以顺利、安全地实施。在该区域内实施该方案后可弃　２．３施工效果　土约３万ｍ　，节约弃土面积约５亩（１亩＝６６６．６　ｒｎ２）。　目前，鹤大高速七台河至鸡西辅道正处于施工阶段，依　２推广运用的体会　２．１增强稳定　照该设计方案实施后，业主单位取得了良好的经济效益，在　弃土方面节约了大量的人力、物力和财力。同时取得了良好　的社会效益，节约了宝贵的农业资源，并且有利于道路的排　水通畅和沿线的环境保护。　３结语　在采用上述思路进行设计时，如果陡坡路堤验算后不能　满足路基稳定性的要求，考虑到下滑的主要原因，除地面横　坡过陡或基底接触面情况不良、摩擦阻力过小之外，与地表　水和地下水密切相关。因此，可以有针对性地采取增强其稳　定系数的措施。　（１）改善基底状况　增加基底滑动面抵抗路堤下滑力的摩擦阻力，如清除表　公路的建设与环境保护在设计过程中必须得到高度的　协调和统一。尽最大可能地利用荒山荒地，减少农田的占有　量是每一位道路工程师的应尽职责。　在保证工程质量的前提下，尽一切可能降低工程造价。　敢于创新，在设计中使用新结构、新工艺、新材料和新方法，　从而提高道路工程设计的科技含量。综合前人已经取得的　各种经验教训，努力探索，不断完善和提高运用科技知识解　决问题、难题的能力。　参考文献：　层松软的覆盖土或基底夯实，使路堤置于坚实的土层上；开　挖台阶改善基底受力情况；放缓边坡，以减少路堤下滑力等，　并在路堤上方一侧开挖截、排水沟以阻止地表水浸湿基底从　而降低接触面的阻力；若受地下水的影响，则应设渗沟，以疏　干基底土层，提高抵抗下滑的能力。　（２）改变填料及断面形式　如采用粗颗粒填料填筑或放缓边坡坡度增大抗滑面积　及摩擦阻力。　（３）设置支挡结构物　在边坡直脚处设置支挡结构物，如石砌护脚、石砌挡墙　等。　采用上述措施综合处理直至通过验算。　２．２高填方的稳定　［１］交通部标准．公路工程技术标准（ＪＴｒＪ　００１—９７）［Ｍ］．北京：人　民交通出版社，１９９７．　［２］交通部标准．公路路基设计规范（ＪＴｒＪ　０１３—９５）［Ｍ］．北京：人　民交通出版社，１９９５．　［３］高速公路丛书编委会．高速公路路基设计与施工［Ｍ］．北京：　人民交通出版社，１９９８．　［４］　陆鼎中，陈家驹．路基路面工程［Ｍ］．上海：同济大学出版社，　１９９８．　对于山岭重丘陡坡路段，在推广运用时应特别注意填方　［５］朱新时，蒋周平．公路排水设施［Ｍ］．北京：人民交通出版社，　２ｏ００．　总高度土、石质超过２０　ｍ或砂、砾质超过１２　ｍ的高路堤稳　定性问题。除应进行高路堤稳定性验算外，更加需要注意路　（上接第１页）　置，并可以避免人为误差，用于判断混凝土板下的脱空具有　检测必将成为刚性路面养护检测维修技术中的重要手段，得　到更加广泛的应用。　较高的准确度。　（３）可以实现连续检测。由于探地雷达检测速度快、操　作简单，克服了常规检测方法的局限性，可以实现连续检测，　适宜于混凝土路面的预防性养护和维修工程。　４结束语　路面雷达在路面脱空检测过程中，可及时发现路面板以　参考文献：　［１］罗方．地质雷达在隧道健康诊断中的应用［Ｊ］．长安大学学报，　２００６，２６（３）：５ｌ一５４．　［２］　重庆交通科研设计院．梅河高速公路路面地质雷达检测汇总　报告［Ｒ］．２００６．　［３］　刘传孝．探地雷达空洞探测机理研究及应用实例分析［Ｊ］．岩　石力学与工程学报，２０００，（３）：２３８—２４１．　下部位的病害，采取预防性养护措施，阻止病害的发生，也可　以准确确定病害的部位，避免养护和维修的盲目性，节约维　修成本。为板下注浆和路基加固提供了依据和指导，节约了　造价。随着地质雷达检测技术的不断完善和发展，地质雷达　［４］　张宁，钱振东，黄卫．水泥混凝土路面板下地基脱空状况的评　定与分析［Ｊ］．公路交通科技，２００４，２１（１）：４—７．　．　．