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【摘要】地质雷达作为一种物探手段，在工程勘察与检测中应用广泛，本文简述了地质雷达原理，并以廊坊市某道路路基检测为例，通过应用地质雷达进行现场检测以及后期数据处理和分析，最后得出了道路路基产生裂缝的原因。
【关键词】地质雷达道路路基裂缝检测
中图分类号：TV543文献标识码： A
1 前言
地质雷达在工程地质勘察、隧道地质超前预报、管线探测和路基质量检测中被广泛应用[1]，但在天津及其周边软土地区工程中应用地质雷达进行检测的实例并不多见。本文以具体的工程实例为基础并结合场地地质条件，详细阐述了地质雷达探测的整个过程，为该地区地质雷达的应用积累经验。
2 地质雷达探测原理
探地雷达由地面上的发射天线T将高频电磁波(主频为Hz)以宽频带短脉冲形式送入地下，经地下目标体或不同电磁性质的介质分界面反射后返回地面，为另一接收天线R所接收，而其余电磁能量则穿过界面继续向下传播，在更深的界面上继续反射和折射，直至电磁能量被地下介质全部吸收。
雷达所记录的回波走时t是从雷达剖面上读取的。设发射天线T与接收天线R的中点为记录点，则测线上各测点的接收天线所接收的反射波均记录在各自记录点的下方，从而形成雷达剖面[2]。在雷达剖面上，横坐标为测点点位，纵坐标为双程走时，各点的反射均以波的形式被记录下来。波形的正、负峰分别以黑、白色表示，或以灰色或彩色表示。这样，同相轴、等灰度或等色线即可直观地表示地下反射界面的形态及深度变化。
探测的雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录，以波形或灰度显示探测雷达剖面图。地质雷达探测数据的解释包括两部分内容，一为数据处理，包括消除随机噪声压制干扰，改善背景，控制增益以补偿介质吸收和抑制杂波，进行滤波处理除去高频，突出目的体，降低背景噪声和余振影响[3]；二为图像解释，通过目标体与其周围环境的电性差异，只要有电性差异界面，就会形成反射层，由此在雷达波图像上形成可以区分的异常信息特征[4]。通过对异常特征的解释和分析，就可以认识地下土层的差异变化。
3 工程实例
3.1 工程概况
廊坊市某产业示范区某道路为新建道路，场地原为林地。地质勘察报告显示，场地10.0m以上均为粉土层，地下水位位于地面以下6.0m处。道路路基施工完成后又开挖管沟，铺设管线并回填素土。2个月后在K6+620~K8+620段上行方向机动车道第二与第三车道间产生纵向裂缝，裂缝最大宽度约2cm。裂缝及管线相对位置详见路基横断面示意图，如图3.1所示。
图3.1 路基横断面中裂缝位置示意图
为查明裂缝产生原因，工程项目部委托我院对本段路基工程进行了地质雷达检测。
3.2 检测工作方案
本次检测采用瑞典MALA公司生产的RAMAC探地雷达，并使用CUII型主机搭配100MHZ屏蔽天线进行探测，该天线的有效探测深度可达20.0m。
为探测裂缝两侧路基土的差异，将地质雷达测线布置成与裂缝走向方向正交，雷达测线间距约为200.0m，共设置测线10条。受场地限制，单条测线长度约为11.0~ 21.0m。同时为探测裂缝走向方向路基土差异，并为了与其他测线进行对比验证，本次检测在裂缝宽度较大地段增设了两条长度约为200.0m的纵向测线。测线具体位置及走向如图3.2所示。
图3.2 测线位置及走向示意图
3.3 现场测试成果分析
从雷达剖面图中可以清楚的看到路基的土层分布情况和底部界面，经过数据处理，得到12条测线的雷达剖面图，现取具有代表性的五条测线对雷达剖面图的典型特征分析如下：
3.3.1 测线1、测线4和测线9地质雷达剖面
图3.3依次为测线1、测线4和测线9的雷达剖面图，图中各测线的标记（符号为：□）从左到右分别为裂缝位置、埋管位置及道路外边缘位置。
图3.3测线1、测线4和测线9的地质雷达剖面图
如图所示，测线1地质雷达剖面图中裂缝位置两侧雷达信号变化明显，主要表现为同相轴中断、分叉[5]。这表明裂缝左右两侧填土密实度存在差异，尤其是在埋管位置下部雷达信号反应较强烈，推断该处填土的含水率较高。
从测线4雷达图像中可以看出裂缝右侧第三车道路基7.0m以上填土雷达信号杂乱，相位变化明显。推断该处填土含水率相对裂缝左侧第一、第二车道路基土含水率变化较大，并且填土不密实。
测线9在4m及8m处均出现同相轴错断，表明填土密实度在两处位置均发生变化，裂缝位置右侧第三车道路基土雷达信号反应较强烈，且频率较低。推断该处地层含水量相对变化较大。
3.3.2 测线11与测线12地质雷达剖面
图3.4依次为测线11和测线12的雷达剖面图像。其中，测线11位于第三车道平行于裂缝走向；测线12位于第二车道平行于裂缝走向。
对比图中两组雷达图像可以看出，测线11埋深7.5m以上及测线12埋深4.5m以上地层土质与其下段地层土质差异明显。主要表现在上部土层雷达信号反射强烈，反射波频率较低，而下部土层雷达信号稳定，无明显变化，这说明上部土层密实度相对较低。这与甲方提供的测线11处填土厚度约7.0m，测线12处填土厚度约4.0m，其下为原状土层的地层信息相符。
图3.4 测线11和测线12的地質雷达剖面图
4 结论
4.1 地质雷达检测表明，产生裂缝的原因是由于裂缝两侧路基土的含水率和密实程度不同，从而引起路基土的不均匀沉降，并最终导致路面产生纵向裂缝。
4.2 路面裂缝左右两侧雷达信号存在明显差异，特别是在裂缝宽度较大位置的测线，主要表现在同相轴相位错动和雷达反射信号强弱的变化。这些变化说明，裂缝两侧路基土密实度不同，并且从雷达图像中推断，裂缝左侧第一、第二车道路基土的密实度要高于右侧第三车道路基土的密实度。
4.3 路面裂缝右侧第三车道路基土雷达信号反应较强烈，且反射波频率较低，推断此处2.5m~7.0m处路基填土层含水率相对较高。
4.4 通过分析在裂缝左右两侧设置的测线11与测线12，得出在4.5m以上两条测线雷达图像的变化基本一致，雷达图像的差异主要表现在地面以下4.5m~7.5m处的土层，这与甲方提供的地层情况相符并且进一步验证了裂缝两侧路基土的密实度和含水率的差异。
4.5 本次检测结果表明，在天津及周边软土地区应用地质雷达进行检测是适宜的，并且检测的准确性较高。
参考文献
[1] 李大心.探地雷达方法与应用[M].北京：地质出版社，1994,12.
[2] 李 嘉，郭成超，王复明.探地雷达应用概述[J].地球物理学进展，2007,22(2):629-637.
[3]中华人民共和国交通运输部.公路工程物探规程[S] JTG/T C22-2009.北京：人民交通出版社，2009.
[4] 杨峰.公路路基地质雷达检测技术研究[M].北京：人民交通出版社，2009.
[5] 赵建三，郭云开.探底雷达在公路路基质量检测中的应用研究[J].长沙交通学院学报，2003,19(1):25-30.
【关键词】地质雷达道路路基裂缝检测
中图分类号：TV543文献标识码： A
1 前言
地质雷达在工程地质勘察、隧道地质超前预报、管线探测和路基质量检测中被广泛应用[1]，但在天津及其周边软土地区工程中应用地质雷达进行检测的实例并不多见。本文以具体的工程实例为基础并结合场地地质条件，详细阐述了地质雷达探测的整个过程，为该地区地质雷达的应用积累经验。
2 地质雷达探测原理
探地雷达由地面上的发射天线T将高频电磁波(主频为Hz)以宽频带短脉冲形式送入地下，经地下目标体或不同电磁性质的介质分界面反射后返回地面，为另一接收天线R所接收，而其余电磁能量则穿过界面继续向下传播，在更深的界面上继续反射和折射，直至电磁能量被地下介质全部吸收。
雷达所记录的回波走时t是从雷达剖面上读取的。设发射天线T与接收天线R的中点为记录点，则测线上各测点的接收天线所接收的反射波均记录在各自记录点的下方，从而形成雷达剖面[2]。在雷达剖面上，横坐标为测点点位，纵坐标为双程走时，各点的反射均以波的形式被记录下来。波形的正、负峰分别以黑、白色表示，或以灰色或彩色表示。这样，同相轴、等灰度或等色线即可直观地表示地下反射界面的形态及深度变化。
探测的雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录，以波形或灰度显示探测雷达剖面图。地质雷达探测数据的解释包括两部分内容，一为数据处理，包括消除随机噪声压制干扰，改善背景，控制增益以补偿介质吸收和抑制杂波，进行滤波处理除去高频，突出目的体，降低背景噪声和余振影响[3]；二为图像解释，通过目标体与其周围环境的电性差异，只要有电性差异界面，就会形成反射层，由此在雷达波图像上形成可以区分的异常信息特征[4]。通过对异常特征的解释和分析，就可以认识地下土层的差异变化。
3 工程实例
3.1 工程概况
廊坊市某产业示范区某道路为新建道路，场地原为林地。地质勘察报告显示，场地10.0m以上均为粉土层，地下水位位于地面以下6.0m处。道路路基施工完成后又开挖管沟，铺设管线并回填素土。2个月后在K6+620~K8+620段上行方向机动车道第二与第三车道间产生纵向裂缝，裂缝最大宽度约2cm。裂缝及管线相对位置详见路基横断面示意图，如图3.1所示。
图3.1 路基横断面中裂缝位置示意图
为查明裂缝产生原因，工程项目部委托我院对本段路基工程进行了地质雷达检测。
3.2 检测工作方案
本次检测采用瑞典MALA公司生产的RAMAC探地雷达，并使用CUII型主机搭配100MHZ屏蔽天线进行探测，该天线的有效探测深度可达20.0m。
为探测裂缝两侧路基土的差异，将地质雷达测线布置成与裂缝走向方向正交，雷达测线间距约为200.0m，共设置测线10条。受场地限制，单条测线长度约为11.0~ 21.0m。同时为探测裂缝走向方向路基土差异，并为了与其他测线进行对比验证，本次检测在裂缝宽度较大地段增设了两条长度约为200.0m的纵向测线。测线具体位置及走向如图3.2所示。
图3.2 测线位置及走向示意图
3.3 现场测试成果分析
从雷达剖面图中可以清楚的看到路基的土层分布情况和底部界面，经过数据处理，得到12条测线的雷达剖面图，现取具有代表性的五条测线对雷达剖面图的典型特征分析如下：
3.3.1 测线1、测线4和测线9地质雷达剖面
图3.3依次为测线1、测线4和测线9的雷达剖面图，图中各测线的标记（符号为：□）从左到右分别为裂缝位置、埋管位置及道路外边缘位置。
图3.3测线1、测线4和测线9的地质雷达剖面图
如图所示，测线1地质雷达剖面图中裂缝位置两侧雷达信号变化明显，主要表现为同相轴中断、分叉[5]。这表明裂缝左右两侧填土密实度存在差异，尤其是在埋管位置下部雷达信号反应较强烈，推断该处填土的含水率较高。
从测线4雷达图像中可以看出裂缝右侧第三车道路基7.0m以上填土雷达信号杂乱，相位变化明显。推断该处填土含水率相对裂缝左侧第一、第二车道路基土含水率变化较大，并且填土不密实。
测线9在4m及8m处均出现同相轴错断，表明填土密实度在两处位置均发生变化，裂缝位置右侧第三车道路基土雷达信号反应较强烈，且频率较低。推断该处地层含水量相对变化较大。
3.3.2 测线11与测线12地质雷达剖面
图3.4依次为测线11和测线12的雷达剖面图像。其中，测线11位于第三车道平行于裂缝走向；测线12位于第二车道平行于裂缝走向。
对比图中两组雷达图像可以看出，测线11埋深7.5m以上及测线12埋深4.5m以上地层土质与其下段地层土质差异明显。主要表现在上部土层雷达信号反射强烈，反射波频率较低，而下部土层雷达信号稳定，无明显变化，这说明上部土层密实度相对较低。这与甲方提供的测线11处填土厚度约7.0m，测线12处填土厚度约4.0m，其下为原状土层的地层信息相符。
图3.4 测线11和测线12的地質雷达剖面图
4 结论
4.1 地质雷达检测表明，产生裂缝的原因是由于裂缝两侧路基土的含水率和密实程度不同，从而引起路基土的不均匀沉降，并最终导致路面产生纵向裂缝。
4.2 路面裂缝左右两侧雷达信号存在明显差异，特别是在裂缝宽度较大位置的测线，主要表现在同相轴相位错动和雷达反射信号强弱的变化。这些变化说明，裂缝两侧路基土密实度不同，并且从雷达图像中推断，裂缝左侧第一、第二车道路基土的密实度要高于右侧第三车道路基土的密实度。
4.3 路面裂缝右侧第三车道路基土雷达信号反应较强烈，且反射波频率较低，推断此处2.5m~7.0m处路基填土层含水率相对较高。
4.4 通过分析在裂缝左右两侧设置的测线11与测线12，得出在4.5m以上两条测线雷达图像的变化基本一致，雷达图像的差异主要表现在地面以下4.5m~7.5m处的土层，这与甲方提供的地层情况相符并且进一步验证了裂缝两侧路基土的密实度和含水率的差异。
4.5 本次检测结果表明，在天津及周边软土地区应用地质雷达进行检测是适宜的，并且检测的准确性较高。
参考文献
[1] 李大心.探地雷达方法与应用[M].北京：地质出版社，1994,12.
[2] 李 嘉，郭成超，王复明.探地雷达应用概述[J].地球物理学进展，2007,22(2):629-637.
[3]中华人民共和国交通运输部.公路工程物探规程[S] JTG/T C22-2009.北京：人民交通出版社，2009.
[4] 杨峰.公路路基地质雷达检测技术研究[M].北京：人民交通出版社，2009.
[5] 赵建三，郭云开.探底雷达在公路路基质量检测中的应用研究[J].长沙交通学院学报，2003,19(1):25-30.