張俊利 楊磊

摘要：公路工程檢測工作對于公路質(zhì)量檢測以及公路維護(hù)檢修十分重要，雷達(dá)法屬于一種適用于各領(lǐng)域的新型無損傷探測的設(shè)備，和一般探測的方式進(jìn)行比較，其效率和準(zhǔn)確度更高。應(yīng)用到公路厚度檢測中，可以準(zhǔn)確的觀察某一路段中的路面厚度。對于路面厚度不達(dá)標(biāo)的地方，及時發(fā)現(xiàn)并給與處理措施?；诖?，文章就雷達(dá)法在公路檢測中的應(yīng)用進(jìn)行簡要的分析。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)法；公路檢測；應(yīng)用

1 探地雷達(dá)勘探技術(shù)工作原理

探地雷達(dá)方法是一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜電磁技術(shù)。探地雷達(dá)利用一個天線發(fā)射高頻率寬帶調(diào)幅脈沖電磁波，另一天線接收來自地下介質(zhì)界面的反射波。電磁波具有的波動性，傳播時在不同介質(zhì)的分界面存在反射和折射，入射波、反射波和折射波的方向遵循反射定律和折射定律，其傳播路徑、電磁場強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性性質(zhì)及幾何形態(tài)而變。

探地雷達(dá)勘察技術(shù)具有連續(xù)、無損、高效和高精度等優(yōu)點。探地雷達(dá)由一體化主機(jī)、天線及配套軟件等部分組成，根據(jù)電磁波在有耗介質(zhì)中的傳播特性，探地雷達(dá)以寬頻帶短脈沖的形式向地下發(fā)射高頻電磁波，當(dāng)遇到地下不均勻體（界面）時會反射部分電磁波，其反射系數(shù)主要由介質(zhì)的相對介電常數(shù)決定，通過對所接收的反射信號進(jìn)行處理和圖像解譯，達(dá)到識別道路基礎(chǔ)內(nèi)隱伏缺陷的目的。

2 影響探地雷達(dá)測量精度的重要參數(shù)

2.1 確定底界面的回波

界面回波信號是探地雷達(dá)檢測中反映道路介質(zhì)的重要參數(shù)，由于原始波形的復(fù)雜，路基與路面不同的反射回波難以精確區(qū)分，所以確定底界面回波信號成了目前探地雷達(dá)勘探亟需解決的核心內(nèi)容。首先大部分干擾波都相對穩(wěn)定，可以通過有效手段來進(jìn)行抑制；其次，可以通過對含界面反射波和不含界面反射波兩種不同回波信號進(jìn)行分析，從而確定底界面回波信號，獲得底界面的回波時間。實踐工作中，要充分利用已經(jīng)獲得的探測點作為進(jìn)一步探測參考，可以從探測圖像上尋找多個探測點進(jìn)行比對分析，還可以通過已得的反射波形分析確定。

2.2 確定地面零點

在公路工程測量中，地面零點的確定直接影響道路地面厚度檢測。實際工作中地面零點的確定可以借助金屬板來進(jìn)行，具體操作是在天線下面放置金屬板，顯示屏上就能得到一個很強(qiáng)的全反射波形，將雷達(dá)波對路面的反射波形與之對比分析，就能確定地面零點了。

2.3 標(biāo)定路面的介電常數(shù)值

路面介電常數(shù)值在探地雷達(dá)勘探中尤為重要，很大程度上決定路面厚度值是否準(zhǔn)確。而由于路面材料的結(jié)構(gòu)變化、密實程度、潮濕度等因素都會影響路面介電常數(shù)值。首先在探測圖像比較均勻的地方鉆孔取樣，進(jìn)行標(biāo)定，保證檢測結(jié)果的可靠有效；其次要注重特殊地段的代表性，在面層最厚或最薄等地段進(jìn)行取樣標(biāo)定，選擇最合適的介電常數(shù)值，保證探測精度。另外，還要綜合考慮路面結(jié)構(gòu)變化、材料更換的情況，保證介電常數(shù)的準(zhǔn)確和全面。

2.4 天線頻率的選擇

探地雷達(dá)勘探中天線頻率往往受路面不同厚度影響，在高速公路建設(shè)工程中，路面厚度要求為25cm左右，簡易路面厚度則在15cm左右，要根據(jù)具體數(shù)值選擇天線中心頻率，以確保接收天線收集的反射波清晰有效，取得最佳探測效果。同時還要注意路面最小尺寸、天線寬度等因素對天線頻率的影響，并注意相同條件下，優(yōu)先選擇低頻率天線。

3 探地雷達(dá)在公路工程檢測中的應(yīng)用

3.1 路基工程檢測中的應(yīng)用

3.1.1 路基不密實和高含水區(qū)。路基不密實病害一般是由于公路在建設(shè)初期壓實不夠或局部受水浸泡松軟引起，不密實區(qū)域內(nèi)的路基土含水率或孔隙率比周圍密實區(qū)大，由于不密實區(qū)土與周圍密實區(qū)土存在著電性差異，在雷達(dá)波形圖中常表現(xiàn)為不密實區(qū)邊界的反射波同相軸明顯錯動，分層不明顯，不密實內(nèi)部區(qū)域波形相對較均勻，通過波速和時長可計算出不密實區(qū)的深度和區(qū)域范圍，據(jù)此可應(yīng)用于路基不密實區(qū)和高含水區(qū)探測。

3.1.2 路基脫空。探地雷達(dá)在探測路基脫空時，脫空空洞會使多次反射波很強(qiáng)，且持續(xù)一段時間，側(cè)向反射波不太強(qiáng)，具有局部孤立的特點。

反射的相位與入射波同向，與路基層表面的反射波相位相反，只要確定空洞上、下表面反射波相差時間，即可確定空洞深度和范圍，從而實現(xiàn)對路基脫空病害的探測。

3.1.3 路基沉陷

路基沉陷會導(dǎo)致路基斷面變形和層位移動。路基沉陷異常在雷達(dá)剖面上主要表現(xiàn)為同相軸不水平，呈現(xiàn)一定的傾斜度，傾斜的深度與寬度則反映路基沉陷的范圍，依此實現(xiàn)對路基沉陷病害的探測。

3.2 路面工程檢測中的應(yīng)用

3.2.1 瀝青面層剝落

美國得克薩斯交通學(xué)院研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)瀝青層未剝落時，GPR測試時的回波中僅有2個波峰，一個出現(xiàn)在路表，另一個在瀝青面層與基層的界面；當(dāng)出現(xiàn)剝落時，回波中路表反射與基層、面層界面反射間多了一個波峰；當(dāng)剝落程度較嚴(yán)重時，該波峰峰值增大，還發(fā)現(xiàn)1GHz的空氣耦合式喇叭天線對剝落的識別效果較好。

3.2.2 路面結(jié)構(gòu)層裂縫。利用多層均勻?qū)訝罱橘|(zhì)中垂直裂縫的雷達(dá)波響應(yīng)特征表現(xiàn)為一簇頂點位于裂縫鉛垂線上的雙曲線波組，包括一次散射波和二次散射伴隨波，且伴隨波雙曲線的頂點分別與各介質(zhì)分界面反射波同相軸相切的圖像特征，可探測路面結(jié)構(gòu)層裂縫。

3.2.3 水泥混凝土面層脫空。當(dāng)路面積水未及時排出時，可能導(dǎo)致地表水下滲，使面層與基層之間逐漸疏松，局部甚至脫空。此時，層間介質(zhì)的介電常數(shù)差異較大，依據(jù)雷達(dá)波的界面反射與波的傳播特性，反射波明顯、傳播速度降低。根據(jù)反射系數(shù)強(qiáng)度變化判定脫空層的存在，再根據(jù)反射系數(shù)符號的正負(fù)，判斷脫空層的性質(zhì)。由計算得知，脫空層的存在將使該處的反射系數(shù)增大2～3倍，從而可用探地雷達(dá)成功探測脫空。

綜上，探地雷達(dá)具有無損、快捷、高效、實時檢測以及高分辨率等優(yōu)勢，近年來被廣泛應(yīng)用于路面層厚度檢測、路基病害調(diào)查，發(fā)揮了很大的作用。

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