地质雷达及落锤弯沉仪在检测中的应用

周长宏

摘要：沥青路面弯沉与厚度是评价道路可靠性、使用年限等的重要参数，也是进行路面结构设计、施工控制和竣工验收的重要指标。多年以来，一直采用传统的钻芯取样法检测路面厚度和贝克曼梁法检测路面弯沉，这些方法检测速度较慢，对交通影响较大，需要较多的检测人员。本文通过对本溪市具有代表性结构的新建路面厚度和弯沉的检测，探讨了地质雷达和落锤式弯沉仪在实际应用中的可靠性、准确性及相关性。

关键词：地质雷达；沥青厚度；落锤弯沉

中图分类号：U416.2 文献标识码：A 文章编号：1674-3024（2016）06-164-01

1.地质雷达检测技术研究

1.1地质雷达的组成及工作原理

1.1.1地质雷达的组成

SIR-20型探地雷达系统，该设备是由美国GSSI公司生产的系列探地雷达系统的一种，该系统包括硬件和软件两大部分，硬件是由天线、主机、显示器、外接键盘、电源、各种连接电缆及测量轮和打标器等组成，软件包括在数据采集过程中的系统主机控制操作软件以及后期资料处理软件。

1.1.2地质雷达的工作原理

地质雷达是基于地下介质的电阻率、介电常数等电性参数的差异，利用高频电磁脉冲波的反射探测目的体及地质现象的一种物探手段。高频电磁波在介质中传播时。其路径、电磁场强度和波形将随所通过介质的电性特征及几何形态而变化。

1.2厚度检测机理

检测过程中，电磁波波在地下介质中传播的过程中，当遇到不同的路面结构层时，部分能量发生折射，其余能量发生反射并返回地面，由于电磁波在各不同介质中的传播速度不同，根据发射器和接收器所接收的不同层面的反射波信息，可获得雷达脉冲在地下传播过程中的双程旅行时间，由于电磁波在单一介质中的传播速度是固定的。然后计算厚度。

1.3地质雷达厚度检测的准确性和可靠性试验

1.3.1准确性试验

（1）通过三个已有钻孔连一条地质雷达剖面，剖面长度约80m，用第一个钻孔的芯样厚度及雷达波传播时间标定速度，并根-据雷达传播时间计算第二、三个孔位的厚度。结果表明，第二、三孔位的计算厚度与芯样实测厚度误差分别为0.7mm和-1.4mm。

（2）通过四个任选点位连一地质雷达剖面，剖面长度约为200m。首先钻开第一个点位，并据其芯样厚度标定雷达波速度，然后预报其它三个点的厚度，最后钻开这些点位，并将其芯样厚度与预报厚度做比较。结果表明，第二、三、四个点位的预报误差分别为-0.23cm、+0.17cm和+0.4cm。

除以上有针对性的专门试验外，在生产性检测工作中也做了大量的验证工作，误差一般不超过3.0mm。

1.3.2可靠性试验

（1）同一路段不同时期检测结果的可重复性

在沈本产业大道上，我们任选了一段约800m长的路段，沿其车道分隔线，分别于不同日期进行了两次地质雷达测量，所得面层厚度结果表明两次检测结果相当一致，可重复陛相当好。

（2）同一路段不同路径检测结果的可重复性

我们在高速公路上任选了一段约1km长的路段，分别沿其行车道中心线和超车道中心线进行了两次地质雷达测量，尽管剖面形态在细节上有一定差异，但总评结果非常一致。

2.落锤式弯沉仪检测技术研究

2.1落锤式弯沉仪组成

落锤式弯沉仪简称FWD。FWD有拖挂式和车载式两种，较常见的是拖挂式落锤弯沉仪。拖挂式落锤弯沉仪由牵引车和拖挂体两大部分组成，牵引车上装有计算机控制系统及电源控制系统。

2.2FWD的工作原理

FWD的工作原理是通过计算机控制下的液压系统提升并落下重锤，对路面施加脉冲荷载，荷载的大小通过改变锤重的提升高度可在相当大的范围内调整，并通过刚性圆盘作用到路面上，路面的变形由5个～9个位移传感器测出。FWD测速快，精度高，并较好地模拟了行车荷载的动力作用，能够量测到各级荷载作用下的路表面动弯沉曲线，能够准确地反映弯沉盆的形状。

2.3贝克曼梁式弯沉仪与F3ND对比试验分析

2.3.1相关性分析

贝克曼梁法在我国是路面设计弯沉指标的标准测定方法，应用非常广泛，为了充分发挥FWD的优点，促进FWD在国内路基路面检测中的应用。有必要开展两者之间的对比试验研究，研究比较不同设备、测试方法在相同工况下弯沉测试数据的相关陛，求出其回归方程式LR=aLrvcD+b（式中分别代表贝克曼梁、落锤式弯沉仪测定的弯沉值），从而定量分析FWD与贝克曼梁的相关关系，对于确定在实际工程检测中两者能否相互替换具有现实意义。我们在本溪境内几条新建公路上分别用两种方法试验得出的弯沉值线性回归分析结果，两者在沥青路面上的相关性最好。底基层上的相关性次之，土基上的相关性最差。但其线性相关系数均大于0.95。

2.3.2重复性分析

为了对比FWD与贝克曼梁对路面的测试结果，以评价此两种仪器的检测性能，分别进行了重复性试验，试验结果对比分析可知，FWD在两天内所测得的路面弯沉值的相关系数在0.95左右，且两天的變异系数相差不大，差值在0.01左右，变异系数均小于0.20：而采用贝克曼梁法在两天内所测得的路面弯沉值的相关系数均未超过90%。且两天的变异系数相差较多，差值在0.02～0.16之间，变异系数均超过了0.2。这说明，FWD作为新型的弯沉检测设备，在精度、稳定性和检测效率方面远远优于贝克曼梁式弯沉仪。

3.结束语

地质雷达作为一种可靠的、能够密集采样的无损检测手段，因其连续准确全面检测全路段质量状况，可以客观地评价面层厚度，保证工程施工质量。FWD与贝克曼梁相比具有很大的优越性，同时二者又存在着良好的线性相关陛。FWD弯沉检测可以作为一种控制道路施工质量的有效手段。