蔣 濤 夏友軍

(江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，江蘇 南京 210014)

1、引言

從上個世紀(jì)的60年代開始，人們就開始把雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用到土壤性質(zhì)的調(diào)查當(dāng)中，后來又將其應(yīng)用到了地下巖石性質(zhì)的調(diào)查里面，真正的商用雷達(dá)系統(tǒng)則是在上個世紀(jì)的70年代研發(fā)出來的，這套系統(tǒng)的主要設(shè)計目的是可以直接用來對地面進(jìn)行相關(guān)探測，于是我們就將其稱之為探地雷達(dá)。

2、探地雷達(dá)進(jìn)行地面檢測的主要原理

探地雷達(dá)所發(fā)射出來的那些具有高頻率的電磁波可以直接的穿透地面以下的材料，這些穿透過去的電磁波中有一部分會從地下介質(zhì)中介電常數(shù)發(fā)生突變的地方反射回來，利用反射回來的電磁波就可以計算出這個界面的實際位置，以及這個界面所具有的介電常數(shù)是多少，然后將其代入到系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行處理，經(jīng)過準(zhǔn)確的分析和計算，就可以確定出公路路面結(jié)構(gòu)所具有的厚度，同時也可以找出路基路面結(jié)構(gòu)層當(dāng)中存在的缺陷。

2.1 路面結(jié)構(gòu)層厚檢測原理

探地雷達(dá)對各向同性瀝青類的路面進(jìn)行檢測時，其原理可以參考圖1。其中，雷達(dá)波1、雷達(dá)波2和雷達(dá)波5的發(fā)射點分別是地表面、二灰碎石的表面基層結(jié)構(gòu)以及路床頂面，而它的反射波所具有的實際波幅也是逐漸的變強，這些波幅的具體值我們分別用A1、A2、A5來進(jìn)行表示。那么，瀝青面層上的介電常數(shù)值就可以用下面的式子來表示:

在這個式子當(dāng)中:A1所代表的就是從公路地面上反射出來的電磁波的實際波幅電壓，單位用V來表示;Am則表示當(dāng)用一塊巨大的金屬板直接鋪在路面當(dāng)中的時候，百分之百全部發(fā)生反射的時候所具有的波幅電壓值，單位也是V。那么，此時路面層的具體厚度值就可以通過下面這個式子來進(jìn)行計算:

在這個式子當(dāng)中:h1代表的就是整個瀝青路面面層所具有的實際厚度值;c則指的是探地雷達(dá)波在進(jìn)入到空氣里面之后的實際速度;Δt1則指的是波幅A1，A2之間，當(dāng)它們發(fā)生了反射波之后，中間的時間延滯。

2.2 病害和缺陷檢測原理

在修建不同等級公路的過程當(dāng)中，其路基路面的基層上是最容易出現(xiàn)一定的病害和缺陷情況的，而這些病害缺陷的主要一個類型就是裂縫，其次是對于松散巖石類的破壞。在對這些地方進(jìn)行檢測的時候，如果發(fā)現(xiàn)在路面層當(dāng)中存在缺陷，就說明這個層當(dāng)中的介電常數(shù)值已經(jīng)發(fā)生了突變的情況，并在其中形成了一個界面，而這個時候就一定會出現(xiàn)另外一個反射波。

3、探地雷達(dá)在公路質(zhì)量評定時的應(yīng)用

在對一些等級比較高的公路進(jìn)行路面質(zhì)量評定的時候，決定路面結(jié)構(gòu)層所具有的實際沉彎強度和極限值的最主要因素就是路面的厚度，同時，厚度與瀝青材料的使用量也是息息相關(guān)的。在我國現(xiàn)行的《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》當(dāng)中，規(guī)定對路面的結(jié)構(gòu)層厚度要進(jìn)行必要的、定期的檢查，而具體的檢查辦法是每200m或者是每車道設(shè)立一個檢查點，對這個檢查點所在的路面進(jìn)行挖驗或者鉆芯取樣，通過這樣的檢查，就可以通過比較來統(tǒng)計和確定出整條公路路面實際厚度的代表值;那么，在對整個路面質(zhì)量進(jìn)行評定的時候，如果此代表厚度值是大于我們之前所設(shè)計的厚度與我們所允許的偏差值之差，這個時候，就要按照單個檢查值所存在的實際偏差是否超過我們所設(shè)定的極限值進(jìn)行判斷和評定。而當(dāng)我們使用探地雷達(dá)系統(tǒng)來對路面的質(zhì)量進(jìn)行檢測的時候，對于剛剛修建完成的路面或者還沒有發(fā)生任何病害的路面來說，它們路面層上所具有的介電常數(shù)及厚度其實還是非常均勻的，于是我們就可以直接采用上面所介紹的公式來對厚度進(jìn)行直接計算。但是，對于已經(jīng)運行了很長時間的公路網(wǎng)來說，這個時候它們的面層和基層之上肯定會出現(xiàn)一些介電常數(shù)發(fā)生突變的地方，而這樣的話，我們則必須要首先通過鉆芯取樣的方法對探底雷達(dá)的雷達(dá)波進(jìn)行較為準(zhǔn)確的標(biāo)定，標(biāo)定完了之后才可以對路面結(jié)構(gòu)層的質(zhì)量進(jìn)行檢測，之所以要這么做，主要是能夠更加充分的來了解路面厚度和各個層面上介電常數(shù)發(fā)生的變化，從中就可以獲得比較全方位的信息。

4、探地雷達(dá)在養(yǎng)護(hù)決策方案優(yōu)化中應(yīng)用

對于一條公路的養(yǎng)護(hù)決策方案來說，必須要根據(jù)這條公路監(jiān)測系統(tǒng)為我們提供的實時路況信息來進(jìn)行，只有掌握了這些信息，才能夠?qū)φ麄€路況進(jìn)行非常仔細(xì)的分析，知道那個地方需要進(jìn)行重點養(yǎng)護(hù)，那個地方不需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，然后就可以幫助我們合理的分配養(yǎng)護(hù)資金，并確定出最佳的養(yǎng)護(hù)對策和方案。

對于一條公路的管理部門來說，現(xiàn)階段他們主要是根據(jù)路面可能發(fā)生的病害以及病害可能造成的影響來判斷這個路段是否要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以及要進(jìn)行什么樣的養(yǎng)護(hù)，而在整個的判斷過程中，還大多依賴目測的方法。在進(jìn)行判斷之后再對路面的強度進(jìn)行簡單的檢測，根據(jù)這種檢測出來的結(jié)果，綜合的進(jìn)行分析，最后就可以做出決定，這樣顯然是不太科學(xué)的。那么，在使用探地雷達(dá)的時候，就能夠非?？焖俣曳浅Ｈ娴貙φ麠l公路當(dāng)中的某個或某些路段進(jìn)行十分全面的檢測和分析，而這種檢測和分析結(jié)果也具有非常高的準(zhǔn)確度。與此同時，如果拿不同的運營時期路基路面結(jié)構(gòu)層發(fā)生的不同性能差異來作比較的話，也同樣可以很好的了解到路基路面上不同病害在這一時期內(nèi)的發(fā)展，這樣就更加便于我們做出更好的養(yǎng)護(hù)決策。

［1］潘玉利。路面管理系統(tǒng)原理［M］。北京:人民交通出版社，1988

［2］李祝龍。青藏公路路基路面病害機(jī)理研究 ［J］。公路，2001

［3］李淑明。防止反射裂縫的瀝青加鋪層設(shè)計方法 ［J］。華東公路，2001