蘇亞超 劉宏

摘 要：本文以西南某機場場區(qū)為研究對象，機場跑道檢測對機場安全運營具有重大意義。因此，在機場跑道鋪筑完成后，為進一步查清機場跑道與基礎(chǔ)的聯(lián)接質(zhì)量，特別是不密實缺陷的分布特征和規(guī)模，分析評價不密實缺陷的發(fā)展趨勢和規(guī)律，以確保機場跑道通航后的正常使用。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達;道路檢測;波形特征

中圖分類號：U416.2? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）11-0146-03

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國西南地區(qū)機場的建設(shè)腳步在不斷的加快。機場跑道的安全是機場能正常使用的關(guān)鍵。在機場跑道的使用過程中，由于氣候影響、道路老化以及飛機起飛降落的巨大局部荷載等因素的影響，都可能使得道路路基產(chǎn)生空洞、脫空或者疏松的現(xiàn)象[1-2]。這些存在于道路路基中的病害通常沒有辦法被直接觀測到，因此并不能得到及時的處理，直到道路發(fā)生破壞時才被發(fā)現(xiàn)，影響了機場的正常使用。

本文通過介紹美國勞雷公司生產(chǎn)的GSSI-SIR20型探地雷達檢測原理，結(jié)合地質(zhì)雷達在公路路基檢測的實際運用，提出一些經(jīng)驗與建議。

1 地質(zhì)雷達檢測原理

地質(zhì)雷達（又稱探地雷達，Ground Penetrating Radar，簡稱GPR）是一種高精度、圖像直觀、連續(xù)無損、經(jīng)濟快速的高科技檢測技術(shù)。作為目前精度相對較高的一種工程技術(shù)，廣泛應(yīng)用于地質(zhì)工程、地基工程、巖土工程、道路橋梁、混凝土結(jié)構(gòu)探傷等領(lǐng)域。

地質(zhì)雷達工作原理是以寬頻帶短脈沖的方式，通過發(fā)射天線（T）發(fā)送器發(fā)送電磁波，發(fā)射出的電磁波到達目的地之后再傳回地面，由相應(yīng)的雷達接收天線（R）接收信號。接收到的信號再經(jīng)過相應(yīng)的圖像處理及解釋，從而達到對目標(biāo)物體探測的目的。進行地質(zhì)雷達脈沖發(fā)送時，一般都要貼近地面。而電磁波對介質(zhì)的檢測也是通過電磁波在經(jīng)過不同介質(zhì)時，會出現(xiàn)不同程度的變化。然后，根據(jù)接受的電磁波形狀、頻譜特性、時延等特點對介質(zhì)進行內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析[3-4]。工作原理如圖1。

1.1 脈沖行走時間

式中：v——電磁波在媒質(zhì)中的傳播速度。

1.2 探測目的層深度

2工程實例

2.1 工程概況

機場跑道長2800m，兩端安全道各長300m，飛行區(qū)長3400m，跑道道槽寬45m，兩側(cè)道肩各寬1.5m，總寬度48m。設(shè)計縱坡0.4%，橫坡1%，走向為北偏東50°。機場中心點設(shè)計標(biāo)高為1969.4m，機場最大填方高度為85.14m，道槽區(qū)最大填方高度62.02m，坡頂與坡腳的最大高差超過136m，填方量約為3300萬方，挖方量約為3150萬方，端凈空處理約86萬方，挖填總方量約為6536萬方。

2.2 檢測儀器及采集參數(shù)設(shè)置

本次檢測工作使用美國GSSI公司生產(chǎn)的SIR-20型地質(zhì)雷達，采用400MHz屏蔽天線，并采用邊測量邊記錄的方式，以保證測線距離的精準(zhǔn)。測試參數(shù)設(shè)定如表1：

2.3檢測方式與測線布置

2.3.1檢測方式

本次檢測采用無損檢測方式，以“S”型對11條相互平行測線進行檢測。將400MHz地質(zhì)雷達天線緊貼道面以8—10km/h左右的速度人工拖動，每間隔5m打一下標(biāo)記，邊記錄邊進行顯示監(jiān)控。正式工作檢測剖面均為有效記錄，凡遇隨機干擾情況影響檢測效果者，均在現(xiàn)場進行了復(fù)測（圖2、圖3為現(xiàn)場檢測照片）。

2.3.2測線布置

每條測線均與跑道平行。本次檢測范圍在3標(biāo)、4標(biāo)填方區(qū)，位于填方區(qū)的道面長約1440米。以跑道中軸線為中心線（在該線上布置一條測線6），在中軸線西北、東南方向上各布置5條測線（自西北向東南為測線1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11），每條測線相隔4.5m，總計11條測線。每條測線長度約為1540m，共計總長度16930m。測線布置及各測線行進方向詳見圖4。

2.4? 檢測分析

地質(zhì)雷達的檢測結(jié)果就是對經(jīng)過處理后得到的雷達圖像進行解釋。解釋的依據(jù)是雷達波在經(jīng)過不同目標(biāo)體時在頻率、相位、振幅以及同相軸的連續(xù)性等所表現(xiàn)出的特定反映，揭示出地下結(jié)構(gòu)與不同程度的異常情況。

圖5為跑道的典型雷達檢測圖譜。圖中縱坐標(biāo)為深度，橫坐標(biāo)為測點位置（即沿測線的水平距離），單位均為m。圖中水平層狀結(jié)構(gòu)清晰可見，并可看出多個明顯的反射界面。結(jié)合跑道結(jié)構(gòu)可以判定各填筑層的位置：第一反射面為空氣與水泥混凝土層表面的界面，其面平直，對應(yīng)深度為 0;第二反射面為水泥混凝土層與水泥穩(wěn)定碎石基層的界面;第三反射面為水泥穩(wěn)定碎石基層與水泥穩(wěn)定砂卵石墊層的界面;第四反射面為水泥穩(wěn)定砂卵石墊層與土基層的界面。

圖6為完好道基的典型地質(zhì)雷達檢測圖譜。從圖中可以看出該部分電磁波高頻弱振幅，掃描線平直、連續(xù)，無強烈反射信號;而且各層位清晰可見，分層比較明顯，信號同相軸一致，表示道面下介質(zhì)相對比較連續(xù)、均勻，各建筑層密實，層間接觸良好;據(jù)此說明該部分道基完好。

圖7與圖8為道基不密實和層間不密實的典型地質(zhì)雷達檢測圖譜。從圖中可以看出道基不密實部分反射波出現(xiàn)較為嚴(yán)重的紊亂，振幅較大，同相軸連續(xù)性差，反射波能量變化大;電磁波掃描線上下間距增加，呈疏松狀，說明道基松軟，為不密實。層間不密實部分表現(xiàn)為上下兩層之間反射波振幅較大，能量變化大，說明層間不密實。

圖9 為鋼筋網(wǎng)下異常的典型地質(zhì)雷達檢測圖譜。從圖中可以看出該部分鋼筋網(wǎng)下具有異常反射波，表現(xiàn)為反射波紊亂、同相軸連續(xù)性差，振幅較大，存在異常;推測該鋼筋網(wǎng)下存在不密實現(xiàn)象。

圖10為預(yù)埋管線的典型地質(zhì)雷達檢測圖譜。跑道上的航燈管線對地質(zhì)雷達檢測具有一定的干擾;圖譜中出現(xiàn)弧形的強反射，反射同相軸呈現(xiàn)規(guī)則、連續(xù)的向上凸起的弧形，頂部反射幅最強，弧形兩端點反射振幅弱，且出現(xiàn)多次反射，根據(jù)現(xiàn)場記錄，判斷此處異常為預(yù)埋管線。

3結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

（1）原地基土和填料在自重和附加荷載的作用下會產(chǎn)生固結(jié)沉降，造成剛性面板下脫空或不密實?？赡苡捎谔钪w厚度不均，壓實度不均或填料不均，造成了病害不連續(xù)。

（2）道面節(jié)構(gòu)層在今后的使用過程受飛機反復(fù)作用，病害區(qū)域及程度可能發(fā)生變化，尤其還需注意挖填方交界處在未來的使用過程中是否會發(fā)生較嚴(yán)重的病害。

（3）地表水和地下水的進入，將會降低填料的強度，產(chǎn)生沉降變形。

3.2 建議

（1）根據(jù)地質(zhì)雷達檢測結(jié)果分析，檢測異常多為局部輕微不密實，這是孔隙介質(zhì)中的一種常見輕度缺陷，建議采用壓力灌漿加固處理。

（2）為了確保道基的長期穩(wěn)定安全運行，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)做好長期觀測和雨季防滲排水工作，并定期觀測滲水量和滲水狀態(tài)。

（3）壓力注漿施工中，宜結(jié)合對道面下的不密實現(xiàn)象區(qū)域進行鉆孔取樣實驗，以利于進一步量化與細化分析，實現(xiàn)信息化施工。

（4）在壓力注漿加固處理后一段時間需再次進場檢測道面下脫空不密實帶是否與漿液膠結(jié)良好，不密實區(qū)域病害是否存在發(fā)展?fàn)顟B(tài)，對壓力注漿處理進行綜合評價。

參考文獻：

[1] 于穎.地質(zhì)雷達技術(shù)在公路路面檢測中的應(yīng)用[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2014，42（12）：5-7.

[2] 林志軍，林波.探地雷達在高速公路路基病害檢測中的應(yīng)用[J].西南公路，2016（3）：195-198.

[3] 曾昭法，李四新，王者江，等.探地雷達方法原理及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[4] 吳怡法，王慧，詹少全，等.地震映像法和探地雷達在城市地質(zhì)勘查中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報，2019，16（6）：910～914.

基金項目：中國民航機場建設(shè)集團有限公司科研項目（JSRDKYN201812）。