李文进
天津市市政工程设计研究院，天津市300051
摘 要：随着新建高等级公路的不断增多，道路工程中构筑物的占比不断提高，特别是挡土墙在路基工程中所占的比例也越来越大，对挡土墙工程进行快速、准确、无损的检测，是确保工程质量至关重要且等待解决的问题，为了有效地解决这一问题，通过采用地质雷达技术进行路基挡土墙质量检测，并对此进行了试验、研究和实测工作。实践证明，这项技术具有较好的实用价值。
关键词：地质雷达；道路工程；构筑物；挡土墙；质量检测
1引言
路基工程是道路工程中分布最广、项目最多的工程，长、高、大的挡土墙在路基工程中占很大比例。浆砌片石挡墙由于就地取材造价低等原因被广泛采用，挡墙的质量直接影响到线路运行的安全，因此，开展挡墙质量检测是非常必要的，利用地质雷达进行此项检测，具有重要意思。
探地雷达的历史最早可追溯到20世纪初，1904年，德国人Hulsmeyer首次将电磁波信号应用与地下金属体的探测。1910年Leimback和Lowy以专利形式在1910年的专利，他们用埋设在一组钻孔里的偶极子天线探测地下相对高的导电性质的区域，并正式提出了探地雷达的概念。1926年Hulsenbeck第一个提出应用脉冲技术确定地下结构的思路，指出只要介电常数发生变化就会在交界面会产生电磁波反射，而且该方法易于实现，优于地震方法[1,2]。但由于地下介质具有比空气强得多的电磁衰减特性，加之地下介质情况的多样性，电磁波在地下的传播比空气中复杂的多，使得探地雷达技术和应用受到了很多的限制，初期的探测仅限于对波吸收很弱的冰层厚度（1951，B.O.Steenson，1963，S.Evans）和岩石和煤矿的调查（J.C.Cook）等。随着电子技术的发展，直到70探地雷达技术才重新得到人们的重视，同时美国阿波罗月球表面探测实验的需要，更加速了对探地雷达技术的发展。
地质雷达是一种利用高频电磁波技术探测地下物体的电子设备。利用超高频电磁波探测地下介质分布，它的基本原理是:发射机通过发射天线发射中心频率为12.5M至1200M、脉冲宽度为0.1 ns的脉冲电磁波讯号。当这一讯号在岩层中遇到探测目标时，会产生一个反射讯号。直达讯号和反射讯号通过接收天线输入到接收机，放大后由示波器显示出来。
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由于地质雷达仪的探测是利用超高频电磁波，使得其探测能力优于例如管线探测仪等使用普通电磁波的探测类仪器，所以地质雷达仪通常广泛用于考古、基础深度确定、冰川、地下水污染、矿产勘探、潜水面、溶洞、地下管缆探测、分层、地下埋设物探察、公路地基和铺层、钢筋结构、水泥结构、无损探伤等检测。
传统的挡墙检测方法多采用开孔或开槽取样验证的方法，这种方法虽然比较直观，但仅为一点只见，代表性差，而且破坏了挡墙的整体性。利用地质雷达法检测墙体厚度变化情况，是一种快速、简便、无损的检测方法，实践证明，此项技术能满足工程质量检测的实际要求。
2检测原理
地质雷达是利用超高频电磁波探测地下介质分布的一种地球物理勘探仪器，技术上属于电磁波法的范畴，它是利用电磁波在不同介质中的传播和反射特性来进行探测的。由于其具有分辨率高、图像直观、对场地条件要求低等优点，在工程勘察和工程检测领域已得到越来越多的应用。
地质雷达由发射天线、接收天线、信号接收系统和处理系统组成。发射天线向目标物体内发射高频电磁波，当电磁波到达检测体中两种不同介质分界面时（如衬砌界面、空洞、不密实区、钢结构物等），由于上下介质的介电常数不同而使电磁波发生反射和折射。且入射波、反射波和折射波的传播规律遵循反射定律和折射定律。反射回地面的电磁波由接收天线AR所接收并传送至主机放大和初步处理，最后信号储存于计算机中，作为野外采集的原始数据。在室内把野外采集的原始数据通过专业分析软件处理，得到雷达时间剖面图，通过波速校正，可以转换深度剖面图。图谱再经过滤波等处理，可使不同层面清晰地反应出来，同时根据图形特征分析存在的缺陷和目标物的类型。
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浆砌片石、片石混凝土挡墙墙体的介电常数在4~5之间，其背后填料与墙体之间多为卵石反滤层，介电常数接近1，而回填粘性土的介电常数在9~16之间，因此具备了地质雷达检测挡墙的地球物理前提。
当电磁波通过天线向挡墙表面发射电磁波时，由于不同介质具有不同的物理特性（如介电性、导电性、电磁性等），因此，对电磁波具有不同的波阻抗，进入墙体的电磁波在穿过墙体时，其传播路径、电磁场强度以及波形特征将随所通过介质的电性和几何形体而变化，所以，从接受到的雷达反射波走时、幅度及波形资料可以推断墙体的几何形体及背后的结构。
3数据处理及判别解释
3.1数据处理流程
雷达采集的数据采用“LAYRING”软件包进行处理，处理流程为：数据输入→文件编辑→能量均衡→水平均衡→数字滤波→偏移→时深转换→图形编辑→注释→输出雷达剖面图。
3.2挡墙厚度计算
由于挡墙墙体与反滤层及背后填料的物性差异较大，介电常数不同，电磁波在介电常数不同的界面发生反射，反射波返回表面被接受天线接收，此时雷达主机记录下电磁波从反射到接收的双程旅行时间△t，通过下式计算墙体厚度H。
3.3墙体缺陷及反滤层填筑情况的判释
浆砌片石、片石混凝土挡墙墙体可视为一种复杂而成的复合体系，当墙体的组成材料、施工工艺、内部质量、砂浆标号符合要求时，电磁波在其中的传播速度、信号的频率等参数的测量值应相对稳定。如果某部分墙体存在空洞等缺陷，便破坏了墙体的整体性，电磁波在墙中的“固-气”界面传播时产生绕射波或反射波，与无缺陷墙体比较，显示出波形比较杂乱，从而判定墙体的质量缺陷情况。
由于反滤层有啥卵石组成，其介电常数与墙体的介电常数差别较填土小，所以有反滤层的雷达图像墙体反射界面的反射信号不强，而无反滤层的反射信号很强，以此来判断是否填筑反滤层。
3.4应用效果
对新建公路路基挡土墙完整性检测，其目的是通过检测，分析评价路基挡墙厚度、完整性等。本次检测采用意大利意锐公司（RIS）制造的RIS-K2型地质雷达，该仪器具有采集速度快、分辨率高、软件分析功能强大等特点。本中心根据检测目的和施工单位提供的施工及设计资料，采用600MHz的屏蔽天线，以连续记录的方式采集数据，并沿挡墙方向每5米作测量标记。
通过横测线地质雷达图像，它反映了距路肩3m处横向墙体厚度情况，可以看出施工厚度是均匀的；通过路堤墙纵测线地质雷达图像，其左侧为墙体上部，右侧为墙体下部，可明显看出右侧比左侧正常段墙体要厚，符合底宽上窄的基本设计理念，说明施工是符合设计要求的。
4结论
采用地质雷达法检测技术，先后在多条新建公路、公路路基挡土墙上进行了挡土墙质量检测的试验研究工作，综合分析判断，相互验证，证明地质雷达法测试是一种快速准确的无损检测方法，对确保行车安全方面有显著的经济和社会效益。随着物探技术的补充完善，测试设备的不断更新换代，路基挡墙检测技术会更加适应日益发展的公路、公路建设要求。
参考文献
[1]地质雷达在隧道衬砌质量检测中的应用[J]. 赵晓博.??工程地球物理学报.?2013(01)
[2]高密度电法在南京内金川河河道挡墙测量中的应用[J]. 李伟,刘建刚,蒋甫玉.??科学技术与工程.?2012(13)
[3]地质雷达在防渗墙检测中的应用[J]. 马艳,杨永国,王琥,谢虎.??城市勘测.?2011(03)