張俊利 楊磊

摘要：公路工程檢測(cè)工作對(duì)于公路質(zhì)量檢測(cè)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(wú)損傷探測(cè)的設(shè)備，和一般探測(cè)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(cè)中，可以準(zhǔn)確的觀察某一路段中的路面厚度。對(duì)于路面厚度不達(dá)標(biāo)的地方，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并給與處理措施。基于此，文章就雷達(dá)法在公路檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)法；公路檢測(cè)；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(gè)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(lái)自地下介質(zhì)界面的反射波。電磁波具有的波動(dòng)性，傳播時(shí)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(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過(guò)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(wú)損、高效和高精度等優(yōu)點(diǎn)。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(shí)會(huì)反射部分電磁波，其反射系數(shù)主要由介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)決定，通過(guò)對(duì)所接收的反射信號(hào)進(jìn)行處理和圖像解譯，達(dá)到識(shí)別道路基礎(chǔ)內(nèi)隱伏缺陷的目的。

2 影響探地雷達(dá)測(cè)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(hào)是探地雷達(dá)檢測(cè)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(hào)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(duì)穩(wěn)定，可以通過(guò)有效手段來(lái)進(jìn)行抑制；其次，可以通過(guò)對(duì)含界面反射波和不含界面反射波兩種不同回波信號(hào)進(jìn)行分析，從而確定底界面回波信號(hào)，獲得底界面的回波時(shí)間。實(shí)踐工作中，要充分利用已經(jīng)獲得的探測(cè)點(diǎn)作為進(jìn)一步探測(cè)參考，可以從探測(cè)圖像上尋找多個(gè)探測(cè)點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)分析，還可以通過(guò)已得的反射波形分析確定。

2.2 確定地面零點(diǎn)

在公路工程測(cè)量中，地面零點(diǎn)的確定直接影響道路地面厚度檢測(cè)。實(shí)際工作中地面零點(diǎn)的確定可以借助金屬板來(lái)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(gè)很強(qiáng)的全反射波形，將雷達(dá)波對(duì)路面的反射波形與之對(duì)比分析，就能確定地面零點(diǎn)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(shí)程度、潮濕度等因素都會(huì)影響路面介電常數(shù)值。首先在探測(cè)圖像比較均勻的地方鉆孔取樣，進(jìn)行標(biāo)定，保證檢測(cè)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(cè)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(jiǎn)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(cè)效果。同時(shí)還要注意路面最小尺寸、天線寬度等因素對(duì)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(cè)中的應(yīng)用

3.1 路基工程檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1.1 路基不密實(shí)和高含水區(qū)。路基不密實(shí)病害一般是由于公路在建設(shè)初期壓實(shí)不夠或局部受水浸泡松軟引起，不密實(shí)區(qū)域內(nèi)的路基土含水率或孔隙率比周圍密實(shí)區(qū)大，由于不密實(shí)區(qū)土與周圍密實(shí)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(shí)區(qū)邊界的反射波同相軸明顯錯(cuò)動(dòng)，分層不明顯，不密實(shí)內(nèi)部區(qū)域波形相對(duì)較均勻，通過(guò)波速和時(shí)長(zhǎng)可計(jì)算出不密實(shí)區(qū)的深度和區(qū)域范圍，據(jù)此可應(yīng)用于路基不密實(shí)區(qū)和高含水區(qū)探測(cè)。

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

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(shí)間，即可確定空洞深度和范圍，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)路基脫空病害的探測(cè)。

3.1.3 路基沉陷

路基沉陷會(huì)導(dǎo)致路基斷面變形和層位移動(dòng)。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(shí)現(xiàn)對(duì)路基沉陷病害的探測(cè)。

3.2 路面工程檢測(cè)中的應(yīng)用

3.2.1 瀝青面層剝落

美國(guó)得克薩斯交通學(xué)院研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)瀝青層未剝落時(shí)，GPR測(cè)試時(shí)的回波中僅有2個(gè)波峰，一個(gè)出現(xiàn)在路表，另一個(gè)在瀝青面層與基層的界面；當(dāng)出現(xiàn)剝落時(shí)，回波中路表反射與基層、面層界面反射間多了一個(gè)波峰；當(dāng)剝落程度較嚴(yán)重時(shí)，該波峰峰值增大，還發(fā)現(xiàn)1GHz的空氣耦合式喇叭天線對(duì)剝落的識(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(cè)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(shí)排出時(shí)，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(shí)，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(hào)的正負(fù)，判斷脫空層的性質(zhì)。由計(jì)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(cè)脫空。

綜上，探地雷達(dá)具有無(wú)損、快捷、高效、實(shí)時(shí)檢測(cè)以及高分辨率等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于路面層厚度檢測(cè)、路基病害調(diào)查，發(fā)揮了很大的作用。

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