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地質(zhì)雷達(dá)物探技術(shù)在高速公路中應(yīng)用

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地質(zhì)雷達(dá)物探技術(shù)在高速公路中應(yīng)用

交通行業(yè)對(duì)地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試高速公路質(zhì)量認(rèn)可度較高,其常用于隧道質(zhì)量控制(管棚數(shù)量、鋼筋數(shù)量、拱架數(shù)量、襯砌厚度、背后空洞、仰拱厚度)、橋梁鋼筋數(shù)量及混凝土裂縫、路面厚度等,并且在交工驗(yàn)收和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中也經(jīng)常使用,地質(zhì)雷達(dá)物探技術(shù)屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)范疇,其在施工質(zhì)量過(guò)程控制、日常或?qū)m?xiàng)質(zhì)量督查中發(fā)揮重要作用,使質(zhì)量缺陷、質(zhì)量問(wèn)題及違規(guī)行為無(wú)所遁形,是現(xiàn)階段高速公路建設(shè)中極其重要的檢測(cè)手段,行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有不少建設(shè)單位將地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)隧道質(zhì)量直接納入第三方中試檢測(cè)工作內(nèi)容,同時(shí)作為隨時(shí)開(kāi)展督查的利器。

1地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展

我國(guó)從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始進(jìn)行探地雷達(dá)技術(shù)的研究和試驗(yàn),最初用于軍事地雷的探測(cè)。經(jīng)過(guò)十幾年的研制攻關(guān),在雷達(dá)硬件設(shè)備、信號(hào)處理、目標(biāo)成像等方面取得重大進(jìn)展和突破[1]。特別是最近10年,通過(guò)大批引進(jìn)國(guó)外技術(shù)同時(shí)進(jìn)行國(guó)內(nèi)改造孵化,我國(guó)的地質(zhì)雷達(dá)的分辨率和清晰度及三維層析成像技術(shù)都達(dá)到世界領(lǐng)先水準(zhǔn),設(shè)備使用率及普及率大幅提升。地球物理高新技術(shù)方法是經(jīng)過(guò)十余年而發(fā)展起來(lái)的,地質(zhì)雷達(dá)以其分辨率高、定位準(zhǔn)確、無(wú)損快捷、方便經(jīng)濟(jì)、實(shí)用性強(qiáng)?,F(xiàn)已成功地應(yīng)用于工程質(zhì)量檢測(cè)、文物考古探測(cè)、水文地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)勘察、生態(tài)環(huán)境檢測(cè)、礦產(chǎn)資源調(diào)查、城市地下管網(wǎng)普查等眾多領(lǐng)域,在工程質(zhì)量檢測(cè)及物探領(lǐng)域應(yīng)用不斷被拓寬深耕,得到廣大工程建設(shè)者的認(rèn)可,交通運(yùn)輸部、水利部、住建部等多部委均在不同規(guī)范中引入該測(cè)試方法用于質(zhì)量控制[2-4]。

2地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在高速公路上的應(yīng)用

近年來(lái),在高速公路建設(shè)中的應(yīng)用已經(jīng)普及,在高速公路工程地質(zhì)勘察、隧道質(zhì)量檢測(cè)、隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、路面厚度以及混凝土內(nèi)部缺陷檢測(cè)中都有廣泛應(yīng)用。由于地質(zhì)雷達(dá)這種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)測(cè)試準(zhǔn)確,能有效判斷隱蔽工程中已經(jīng)覆蓋的質(zhì)量問(wèn)題及缺陷,在全國(guó)交通系統(tǒng)范圍內(nèi)得到極大認(rèn)可,該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成為高速公路工程建設(shè)過(guò)程中的必要手段。

2.1地質(zhì)勘察

可以施工地質(zhì)雷達(dá)物探技術(shù)調(diào)查覆蓋層和松散體的厚度及分布,巖層風(fēng)化層界面及分布,巖層節(jié)理夾層和斷裂帶,地下水、溶洞、空洞、塌陷區(qū)狀況普查,城市地下洞室、排污巷道、排污管道及地下管線的調(diào)查。地質(zhì)雷達(dá)做物探雖然物探距離不如較其他物探方法,但其準(zhǔn)確性要優(yōu)于其他方法。

2.2隧道質(zhì)量檢測(cè)

檢測(cè)隧道支護(hù)的厚度、混凝土不密實(shí)、雜物、背后空洞、層間脫空及鋼筋和鋼拱架分布和隧道圍巖裂隙、破碎、管路定位,也可以利用地質(zhì)雷達(dá)開(kāi)展初支超欠挖和隧道仰拱厚度及回填質(zhì)量檢測(cè)。采用地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)初支厚度、二襯厚度、襯砌背后密實(shí)狀況已經(jīng)列入《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)第一冊(cè)土建工程》(JTGF80/1-2017)中,屬于強(qiáng)制性實(shí)施條款,后續(xù)新開(kāi)工公路項(xiàng)目均必須實(shí)施雷達(dá)掃描檢測(cè)。仰拱回填質(zhì)量檢測(cè)是交通運(yùn)輸部橋隧專項(xiàng)督查必檢項(xiàng)目,也是影響隧道整體質(zhì)量的較大隱患,仰拱厚度不足回填不密實(shí),會(huì)造成隧道仰拱及二襯開(kāi)裂、地表下沉及界限受侵等嚴(yán)重危害,極大影響通車(chē)后的行車(chē)安全,明確的檢測(cè)方法就是地質(zhì)轉(zhuǎn)取芯及地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)。地質(zhì)雷達(dá)用于隧道質(zhì)量檢測(cè)意義深遠(yuǎn),提高了高速公路工程的質(zhì)量,震懾了施工隊(duì)伍的僥幸心理,使問(wèn)題無(wú)所遁形[5-6]。

2.3隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是設(shè)計(jì)地質(zhì)勘察的補(bǔ)充和延伸,是保證隧道施工安全的重壓環(huán)節(jié)和重要技術(shù)手段。在可預(yù)測(cè)隧道開(kāi)挖掌子面前方50m范圍內(nèi)的斷層、溶洞、裂隙帶、含水帶等地質(zhì)構(gòu)造。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在隧道開(kāi)挖工作面進(jìn)行測(cè)試,預(yù)測(cè)判斷工作面前一定距離范圍內(nèi)的工程地質(zhì)、水文條件及不良地質(zhì)體的工程性狀、位置、規(guī)模、風(fēng)險(xiǎn)等,并做出預(yù)報(bào)結(jié)論和提出技術(shù)建議。盡最大可能避免或減少因地質(zhì)不明所造成的安全事故或經(jīng)濟(jì)損失。

2.4路面厚度檢測(cè)及結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部缺陷檢測(cè)

水泥混凝土路面現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)指標(biāo)包括板厚度、抗滑構(gòu)造深度、中線偏位、路面寬度、平整度、橫坡、相鄰板高差、縱斷高程、縱橫縫順直度,還需對(duì)外觀檢定進(jìn)行系統(tǒng)排查,以便于交工驗(yàn)收。板厚度在施工過(guò)程中采取直接量測(cè)法或水準(zhǔn)測(cè)量法,在交竣工驗(yàn)收時(shí)采用地質(zhì)雷達(dá)法進(jìn)行。結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部缺陷檢測(cè)主要是不密實(shí)、背后空洞、有雜物、預(yù)埋構(gòu)件缺失及位置偏移、鋼筋及鋼架數(shù)量不足、較大較深結(jié)構(gòu)性裂縫。

3工程應(yīng)用實(shí)例

3.1隧道初支背后空洞

2019年7月在四川某高速公路質(zhì)量監(jiān)督過(guò)程中的檢測(cè)實(shí)例。現(xiàn)場(chǎng)抽檢隧道初期支護(hù)質(zhì)量,現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取一個(gè)段落180m左右,拱頂部位出現(xiàn)大面積的空洞10條,共計(jì)長(zhǎng)度達(dá)16.6m,從地質(zhì)雷達(dá)圖像可以清楚看出隧道初支缺陷的位置、大小、分布,便于業(yè)主鑒定工程質(zhì)量狀況和及時(shí)采取補(bǔ)救整改措施,同時(shí)警示施工隊(duì)伍及施工質(zhì)量管控人員。探地雷達(dá)測(cè)線布置示意圖見(jiàn)圖1,隧道進(jìn)口段初期支護(hù)質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1,隧道進(jìn)口拱頂初期支護(hù)見(jiàn)圖2。

3.2混凝土不密實(shí)

湖北某高速公路隧道交工驗(yàn)收測(cè)試,采用的是500MHz屏蔽天線,對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理比對(duì),從雷達(dá)圖像上可以清楚地看到二襯混凝土中存在多處不密實(shí)區(qū)域,圖3中5m長(zhǎng)的混凝土出現(xiàn)3處不密實(shí),4圖中5m長(zhǎng)的測(cè)試長(zhǎng)度中大部分均不密實(shí),測(cè)試時(shí)該隧道噴涂完防火涂料,在外觀上已經(jīng)看不出缺陷,但在地質(zhì)雷達(dá)的測(cè)試下無(wú)所遁形。不密實(shí)現(xiàn)象常出現(xiàn)于仰拱回填區(qū)、邊墻超挖回填區(qū),拱頂拱腰較少出現(xiàn),在鋼筋較密部位也會(huì)出現(xiàn)混凝土不密實(shí)。調(diào)查其形成原因?yàn)榛炷梁鸵仔圆患?,振搗不到位造成。

3.3路面基礎(chǔ)脫空

2021年河南鄭州發(fā)生特大水災(zāi),因鄭州地區(qū)表層土層大多為濕陷性黃土,濕陷性黃土雨水后很出現(xiàn)大規(guī)模濕陷、路基沉陷,影響高速公路的本質(zhì)安全,水災(zāi)過(guò)后河南省交通運(yùn)輸廳組織對(duì)鄭州境內(nèi)所有被淹高速公路及地方道路進(jìn)行病害普查,主要針對(duì)路基基礎(chǔ)沉陷造成的脫空,所測(cè)試的3條高速均不同程度出現(xiàn)大規(guī)?;A(chǔ)脫空,數(shù)據(jù)完成上報(bào)后,地方政府根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試的精準(zhǔn)數(shù)據(jù),迅速確定施工補(bǔ)救方案,組織設(shè)計(jì)及施工開(kāi)展施工,保障了高速公路的本質(zhì)安全,挽回不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)選取兩段大規(guī)模脫空的地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試圖如圖5所示。

3.4圍巖等級(jí)變化

圖6為圍巖等級(jí)變化的實(shí)例,在福建龍巖某高速公路進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督檢查,采用瑞典RAMAC/GPR探底雷達(dá)800MHz屏蔽天線進(jìn)行的隧道襯砌檢測(cè),設(shè)計(jì)隧道洞口段為淺埋破碎Ⅳ類圍巖,進(jìn)洞174m后為Ⅲ類圍巖,圍巖不同對(duì)應(yīng)二襯的設(shè)計(jì)也不同,洞口段設(shè)有鋼筋,Ⅲ類圍巖是素混凝土。從雷達(dá)測(cè)試圖上可以看出在進(jìn)洞174m處圖像有明顯變化,可以清晰地看出鋼筋至布置到進(jìn)洞174m處,可以看出本段隧道的超欠挖狀況,可以清楚地看到隧道洞口段的淺埋破碎Ⅳ類圍巖和Ⅲ類圍巖區(qū)域分布。

3.5仰拱厚度

在山東某高速公路例行監(jiān)督抽查過(guò)程中發(fā)現(xiàn),該隧道仰拱厚度不足,仰拱厚度僅為設(shè)計(jì)厚度的1/2,仰拱與仰拱回填分別澆筑,在兩層混凝土交界面處會(huì)出現(xiàn)一波反射信號(hào),測(cè)試過(guò)程中可以清晰地判斷出巖層與仰拱、仰拱與仰拱回填的界限、仰拱底部存在一定厚度的沉渣。后經(jīng)取芯驗(yàn)證,證實(shí)該部位仰拱厚度不足,仰拱底部存在較厚洞渣料,項(xiàng)目建設(shè)方責(zé)令全線復(fù)查停工整改[7]。仰拱地質(zhì)雷達(dá)結(jié)果見(jiàn)圖7。

3.6橋梁結(jié)構(gòu)混凝土缺陷

對(duì)湖北省某高速公路在施工建設(shè)期進(jìn)行第三方監(jiān)督巡檢時(shí),發(fā)現(xiàn)空心薄壁墩主筋數(shù)量與圖紙不符,立即上報(bào)公司及項(xiàng)目業(yè)主單位。起初采用鋼筋位置測(cè)定儀進(jìn)行檢測(cè),由于空心薄壁墩鋼筋層次多有密集,鋼筋位置測(cè)定儀無(wú)法有效測(cè)定鋼筋數(shù)量及位置。質(zhì)監(jiān)局調(diào)集地質(zhì)雷達(dá)從上到下,每一模進(jìn)行一次地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試,最終確定共計(jì)12模中最上邊11模、12模有偷主筋行為,11模偷主筋8根,12模偷主筋14根,業(yè)主單位立即對(duì)施工單位進(jìn)行處罰并責(zé)令其對(duì)問(wèn)題部位進(jìn)行返工處理。單根鋼筋在雷達(dá)圖像上一般表現(xiàn)為有規(guī)律的小雙曲線強(qiáng)反射,波幅較窄,隨著埋藏深度增大雙曲線變緩。空心薄壁墩中鋼筋一般為雙層鋼筋網(wǎng),表現(xiàn)為多次反射、兩層鋼筋走勢(shì)一般不同。通常情況下,當(dāng)鋼筋埋藏深度小于50cm時(shí),800MHz天線可以更清楚地看到隧道襯砌內(nèi)部的鋼筋分布情況。

3.7隧道二襯厚度測(cè)試

廣東深圳某水源地水庫(kù)隧道交竣工驗(yàn)收時(shí)采用500MHz屏蔽天線測(cè)試,設(shè)計(jì)二襯厚度30cm,經(jīng)過(guò)測(cè)試并分析,發(fā)現(xiàn)初襯和二襯的界限明顯,從雷達(dá)圖像上可以清楚地看到二襯存在兩處連續(xù)欠厚的部位。查閱施工監(jiān)控測(cè)量及施工記錄,并對(duì)已經(jīng)施工完成的二襯進(jìn)行破壞驗(yàn)證,實(shí)際厚度與地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試數(shù)據(jù)吻合,業(yè)主單位以隧道二襯厚度存在較嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題為由,要求施工隊(duì)伍進(jìn)行質(zhì)量問(wèn)題處理。分析該問(wèn)題原因,施工隊(duì)伍未意識(shí)到現(xiàn)有地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)可以準(zhǔn)確地測(cè)試出隱蔽工程的質(zhì)量問(wèn)題,為追求施工利潤(rùn)最大化,刻意去欠挖,以致造成二襯厚度不足問(wèn)題。二襯厚度不足案例測(cè)試圖如圖8所示。

4結(jié)語(yǔ)

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在高速公路的應(yīng)用越來(lái)越廣,其特點(diǎn)是快速、無(wú)損、連續(xù)檢測(cè),并以時(shí)實(shí)成像方式顯示地下結(jié)構(gòu)剖面,使探測(cè)結(jié)果一目了然,分析、判讀直觀方便,近年來(lái)倍受交通行業(yè)的追捧。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在高速公路隧道質(zhì)量檢測(cè)中的意義非凡,除無(wú)法測(cè)試系統(tǒng)錨桿數(shù)量及長(zhǎng)度外,隧道質(zhì)量控制(管棚數(shù)量、鋼筋數(shù)量、拱架數(shù)量、襯砌厚度、背后空洞、仰拱厚度)、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)都可以采用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行測(cè)試。國(guó)內(nèi)很多省份都要求使用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)協(xié)助施工質(zhì)量控制,及時(shí)將施工中存在的質(zhì)量隱患排除在建設(shè)施工過(guò)程中,對(duì)工程的施工質(zhì)量控制作用明顯。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)也應(yīng)用在高速公路工程地質(zhì)勘察、路面厚度、結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部缺陷檢測(cè)中,比如:該文列舉的混凝土不密實(shí)、路面脫空、結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部缺陷等質(zhì)量問(wèn)題,都是實(shí)際工程中發(fā)現(xiàn)的,地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)儼然成為高速公路施工過(guò)程監(jiān)督、交竣工驗(yàn)收及交通行業(yè)質(zhì)量督查行動(dòng)中不可或缺的重要手段。尤其是在施工過(guò)程中進(jìn)行督查,對(duì)施工隊(duì)伍的威懾作用極大,有效地提高了施工質(zhì)量,提升了高速公路隧道施工隊(duì)伍的質(zhì)量意識(shí)。

參考文獻(xiàn)

[1]許獻(xiàn)磊,趙艷玲,王方,等.GPR探測(cè)地埋管徑研究綜述[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2012,27(5):2206-2215.

[2]閉遺山,梁明.地質(zhì)雷達(dá)在華南某工地巖溶勘察中的應(yīng)用效果分析[J].工程地球物理學(xué)報(bào),2021,18(1):75-81.

[3]吳燦燦,楊光.綜合物探方法在地面塌陷探測(cè)中的應(yīng)用研究[J].安陽(yáng)工學(xué)院學(xué)報(bào),2019,18(4):67-70.

[4]王錦標(biāo).地質(zhì)雷達(dá)在大深度探測(cè)中的方法研究與應(yīng)用[D].南昌:東華理工大學(xué),2021.

[5]王濤.基于并行計(jì)算的地質(zhì)雷達(dá)正演模擬及典型巖溶洼地地質(zhì)特征智能識(shí)別[D].北京:北京交通大學(xué),2019.

[6]李俊江.穿越復(fù)雜采空區(qū)段深埋公路隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)承載特性與圍巖穩(wěn)定性研究[D].重慶:重慶大學(xué),2018.

[7]向先旭.地質(zhì)雷達(dá)在貴州某高速公路路基塌陷中的應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2020,26(6):30-33.

作者:殷慧茹 熊紹鑫 單位:葛洲壩集團(tuán)交通投資有限公司