探地雷达在路面检测中的应用研究

道路桥梁 Construction & Decoration探地雷达在路面检测中的应用研究邓树森广东省交通运输建设工程质量检测中心 广东 广州 510420摘 要 文章主要阐述探地雷达在路面检测过程中的工作原理，通过实际工程检测结果证明，采用探地雷达进行路面检测，数据是可靠的，方法是可行的；比传统的破坏性检测更便捷，更全面。关健词 探地雷达；路面检测；应用前言随着电磁波理论和相关电子技术的不断快速发展，探地雷达的应用从最初的对冰层（弱衰减介质）厚度的探测，发展到应用领域现已遍及城市建设、交通、水利和考古等部门。探地雷达探测的快速性，稳定性，直观性，使得探地雷达在社会发展中所起的作用越来越重要了。在公路路面检测中，探地雷达的应用也越来越广泛。（1）根据交通部2004年第3号令《公路工程竣（交）工验收办法》，新建公路在交竣工过程，要对路面厚度进行检测，常规的检测方法是现场取芯，再对路面每个结构层进行量取。现场取芯对新建路面造成一定的破坏，同时取芯法也只是对各点的厚度进行检测，未能做到对连续沿线的厚度检测。但是探地雷达在路面厚度检测中，是连续的，同时对新建路面没有破坏。（2）对旧路的养护检测中，需要对旧路结构层缺陷进行调查。通过钻芯虽然可以比较直观的了解旧路面结构层内部的实际情况，但要全面的了解整段路面的内部情况，必须全方位钻取较多的芯样，这样对原路面的破坏较大，而且未能形成连续性。探地雷达通过选择合适的天线，可以对旧路路面内部结构层的缺陷情况进行连续的探测，不需要对路面进行取芯破坏[1]。1  探地雷达的工作原理探地雷达作为工程物探检测的一项新技术，具有连续、无损、高效和高精度等优点。探地雷达由一体化主机、天线及配套软件等部分组成，根据电磁波在有耗介质中的传播特性，探地雷达以宽频带短脉冲的形式向介质内发射高频电磁波(几MHz-几GHz)，电磁波在介质传播过程中，遇到不均匀体(界面)时会反射部分电磁波，例如路面结构分层等，其反射系数由介质的相对介电常数决定，通过对雷达主机所接收的反射信号的波形、强度和双程走时等参数进行处理和图像解译，推断出介质中隐蔽目标物的位置、电性和几何形态。 探地雷达工作原理示意图见图1。 探地雷达波反射信号的振幅与反射系数成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数 r 可表示为：r =（√ε1-√ε2）/（√ε1+√ε2） （1） 式（1）中，ε1、ε2为界面上、下介质的相对介电常数。 反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异，电性差异越大，反射信号越强。探地雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和中心频率。导电率越高，穿透深度越小；中心频率越高，穿透深度越小，反之亦然。探地雷达电磁波在特定介质中的传播速度V是不变的，因此根据探地雷达记录上的地面反射波与反射波的时间差ΔT，即可根据下式算出目标物的埋藏深度H： H=V×△T/2 （2） 式（2）中，H即为目标层厚度； V是电磁波在地下介质中的传播速度，其大小由下式表示：118  建筑与装饰2019年7月上 V=C/√ε   （3） 式（3）中，C是电磁波在大气中的传播速度，约为3×108m/s；ε为相对介电常数，取决于地下各层构成物质的介电常数[2]。图1 探地雷达基本原理示意图2  探地雷达在路面检测中的应用2.1 探地雷达在路面厚度检测中的应用广东省新建高速公路路面结构形式一般为沥青混凝土面层+水泥稳定粒料基层，这两种结构层的介电常数差别较大。根据探地雷达的工作原理，采用探地雷达检测沥青混凝土面层厚度是可行的。采用探地雷达检测路面厚度时，根据被检结构层厚度的要求以及检测精度的要求来选择合适的雷达天线。广东省某高速公路K250+000~K250+500段路面结构层为17.5cm沥青混凝土面层+30cm水泥稳定碎石基层，对该路段路面厚度进行交工检测，采用雷达扫描和取芯两种方法进行。本次采用意大利RIS-k2型公路探地雷达进行面层厚度检测。本探地雷达由主机、天线和配套软件等组成。检测数据通过软件处理，得到形象的连续的雷达灰度剖面图，根据同相轴或等灰线、等色线等雷达图像，来判断路面厚度。由于本次检测路面厚度不深，但对路面厚度的精度要求高，故选择1.6GHz的空气偶合天线，采样时窗选择15ns，增益选择自动增益，沿车道行进方向布置一条纵向测线。现场检测时，将雷达天线固定在测试车尾部，测试车以40~80km/h的速度在测试车道中间平稳行驶，测试车在行驶过程中，雷达自动采集信号数据。信号数据采集完成后，通过取芯法，在测线位置上选择3个不同点取芯量取芯样厚度，根据量取的芯样厚度以及电磁波在芯样中的双程走时反算出路面层的介电常数ε[3]。图2 探地雷达路面剖面图利用意大利RIS-k2型公路探地雷达配套处理软件对采集的建筑与装饰2019年 内页 7月上.indd 1182019/7/11 星期四 下午 5:31:13 Construction & Decoration道路桥梁方法与厚度检测方法相似。根据需要探测结构层的深度，进行天线的选择。一般0m~1.0m深度采用1.0GHz~1.6 GHz天线，1.0m~2.0m深度采用800MHz天线。通过软件对检测信号数据处理，得到形象的连续的雷达灰度剖面图，根据同相轴或等灰线、等色线等雷达图像，来判断路基路面中缺陷的位置及几何形态[4]。3  结束语探地雷达检测具有连续，无损，高效和高精度的特点，已充分应用到公路工程建设中。通过实际工程检测经验可知，探地雷达检测结果可靠。在以后的交通建设中，应更加充分利用好探地雷达检测技术，以达到更好更快完成交通建设任务的目的。参考文献[1] JT GF80/1-2017.公路工程质量检验评定标准[S].北京:人民交通出版社,2017.[2] JT GE60-2008.中华人民共和国行业标准.公路路基路面现场测试规程[S].北京:人民交通出版社,2008.[3] 杨立新.雷达在检测路面厚度中的应用[J].湖南交通科技,2001,27(1):18-19.[4] 郭有劲.地质雷达在铁路隧道衬砌质量检测中的应用[J].铁道工程学报,2002,(2):71-74.信号数据进行滤波、零线划定、代入标定的介电常数ε等处理后，该路段路面剖面图如图2所示。最后通过处理软件自动输出厚度结果，数理统计见表1：表1 探地雷达检测路面厚度结果统计表平均值（mm）172标准差(mm)变异系数(%)代表值(mm)设计值(mm)21.2172175该路段采用钻芯法进行路面厚度检测共钻取5个芯样，芯样厚度数理统计见表2：表2 取芯法检测路面厚度结果统计表平均值（mm）173标准差(mm)变异系数(%)代表值(mm)设计值(mm)31.7170175由以上两个数理统计表可知，采用探地雷达法与取芯法对该路段路面厚度检测，路面厚度代表值误差为1%。由此可见，探地雷达在路面厚度检测中，准确率高，方法可行，比传统取芯法更快速，更全面。2.2 探地雷达在路基路面结构层内部缺陷探测中的应用在旧路调查中，采用探地雷达探测路基路面内部缺陷的（上接第115页）出现智联个不达标的状况，应当问责。只有在材料标准上严把关，才能够确保市政路桥施工中防水路基面工程的质量。4  结束语总而言之，要保证市政路桥路基面工程的质量，应当清楚地把握影响市政路桥路基面工程的质量多方面的因素，然后有针对性地从影响因素的各个层面，展开质量问题的科学有效地控制，如可以从严格控制施工材料、严格控制施工技术，以及从源头上的施工方案进行质量控制，这样才能够确保市政路桥施工中防水路基面施工质量得到保证。参考文献[1] 吕品,刘为清.路桥施工中防水路基面施工技术的实践探究[J].居舍,2018,(32):52.（上接第116页）5.2 梁肋检查检验标准如下：混凝土表面平整光滑、色泽一致，不得出现蜂窝麻面；边角不得出现大面积漏浆现象；模板拼缝错台不得大于2mm；不得出现因拆模而发生的损坏现象；不得出现漏筋；混凝土表面不得出现非受力裂缝。如发现质量问题，要记录在案，分析原因，并督促整改。6  结束语T梁质量控制是一个精细的工程，施工过程中每道工序都要进行严格把控，层层控制才会有成效。本文从施工准备、工序验收、过程控制等三个方面对高速公路预制T梁质量控制要点进行了总结，旨在为从事相关领域的工程人员构筑和提供经验性参考借鉴。参考文献[1] 何天文.预应力混凝土梁桥应用技术研究[D].重庆:重庆交通大学,2012.（上接第117页）靠，为公路建成后的安全使用提供保障，保障人们的出行需要和出行安全，为国家的经济发展提供可靠稳定的支持。参考文献[1] 田齐文.填石路基施工技术在公路施工中的应用[J].中国新技术新产品,2019,(07):104-105.[2] 黄禄,朱涛.公路施工中填石路基技术的应用分析[J].交通世界,2019,(10):20-21.[3] 杨恒.公路施工中填石路基施工技术的应用[J].四川水泥,2019,(03):134.[4] 史岩飞.公路施工中填石路基施工技术的应用研究[J].交通世界,2019,(07):32-33.[5] 黄勇.填石路基施工技术在公路施工中的运用研究[J].人民交通,2019,(02):76,78.[6] 高小波.公路施工中填石路基施工技术的应用分析[J].交通世界,2018,(36):66-67.建筑与装饰2019年7月上  119建筑与装饰2019年 内页 7月上.indd 1192019/7/11 星期四 下午 5:31:13