地質(zhì)雷達在道路厚度檢測中的應(yīng)用

趙小強

（浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司， 浙江 杭州 31000）

探地雷達相較于傳統(tǒng)道路結(jié)構(gòu)厚度檢測方式有著高效、快速、無損、直觀等優(yōu)點，而且能夠連續(xù)性的檢測，此外，對于道路不同結(jié)構(gòu)層之間的分界面都可以使用探地雷達檢測，這樣就能夠了解不同結(jié)構(gòu)層的不同厚度，并進行深入的分析。所以對于檢測道路結(jié)構(gòu)厚度這項工作來說，應(yīng)用探地雷達技術(shù)是非常重要的，能夠針對工程進行安全隱患的判斷，在后期維修維護的過程中也更加的方便。

1 探地雷達技術(shù)

1.1 探地雷達的分類

在檢測道路結(jié)構(gòu)厚度的過程中，使用最多的探地雷達技術(shù)有三個類型。第一調(diào)頻式，第二步進式，第三脈沖式。前兩種類型是在控制振蕩器的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)雷達的發(fā)射頻率進行檢測工作的。這兩種類型大多數(shù)都會應(yīng)用在淺層道路結(jié)構(gòu)的探測之中。如果道路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜是多個分界面的，就要使用第三種類型進行檢測。因為前兩種類型收集到的數(shù)據(jù)并不夠精確分析的結(jié)果也不夠精準(zhǔn)。所以，當(dāng)前使用最多的探地雷達類型就是脈沖式的。因為這種類型既可以進行簡單道路結(jié)構(gòu)的檢測又可以進行復(fù)雜道路結(jié)構(gòu)的檢測。在工作時，會通過雷達的天線結(jié)構(gòu)發(fā)射電磁脈沖，在空氣傳導(dǎo)的過程中能夠深入到道路結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，之后在介電常數(shù)改變的地點反射，這樣得到的電磁脈沖信號就十分的精準(zhǔn)，計算之后就能夠得到路面結(jié)構(gòu)的厚度尺寸。這種脈沖式的探地雷達類型能夠?qū)τ诓煌Y(jié)構(gòu)層次的尺寸進行檢測，而且處理電磁脈沖信號也比較簡單，所以廣泛的應(yīng)用在道路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的檢測工作之中。所以本文將重點分析脈沖式的探地雷達類型。

1.2 探地雷達的組成

一個完整的脈沖式的探地雷達設(shè)備是由多個部分組成的。其中有主機、電源、接收發(fā)射的天線結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)儲存設(shè)備等等。在檢測道路結(jié)構(gòu)厚度時，電磁脈沖波會通過雷達控制的單元發(fā)出，在收發(fā)器的控制下電磁脈沖波會進行調(diào)制放大，天線發(fā)射裝置會把電磁脈沖波傳導(dǎo)到道路結(jié)構(gòu)之中。在道路的表面和結(jié)構(gòu)層之中，電磁脈沖波會產(chǎn)生反射傳導(dǎo)，接收天線裝置又把傳導(dǎo)回來的電磁脈沖波接收。這些電磁脈沖波會通過控制單元進行信號分析最終成為數(shù)字信號，儲存處理之后就會在顯示屏上投放。在調(diào)整發(fā)射頻率的時候，既可以根據(jù)時間為間隔又可以根據(jù)距離為間隔。在實際發(fā)射時，需要利用測井傳感器，根據(jù)距離進行間隔發(fā)射。

1.3 探地雷達工作原理

電磁脈沖經(jīng)由雷達的天線結(jié)構(gòu)發(fā)射出去，在空氣傳導(dǎo)的作用下，到達道路的表面，以及結(jié)構(gòu)之中。因為在不同的介質(zhì)下電磁脈沖的介電常數(shù)不同，所以電磁脈沖在介電改變的情況下就會反射回去，接收天線裝置就會接收反射回來的電磁脈沖進而得到一條掃描線。以測量道路的結(jié)構(gòu)厚度為例子，連續(xù)測量工作開展的過程中，不同的掃描線會接連重疊在一起最終形成測量剖面。在非磁性介質(zhì)之中，傳播電磁脈沖波時，只有借電常數(shù)會影響到反射系數(shù)。所以在傳播電磁脈沖波時，遭遇的介質(zhì)不同，產(chǎn)生的頻率各不相同，變化也十分的明顯。根據(jù)這一特點，就能夠分析道路結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)了異常，從而更好地進行檢測工作。

2 實踐應(yīng)用

2.1 檢測過程

1）檢測厚度之前，要在相關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上標(biāo)定測距輪，得到標(biāo)定參數(shù)值才可以開展后續(xù)工作。

2）一般情況下，當(dāng)被測路面標(biāo)稱厚度小于10cm 時，通常選用頻率不小于2GHz的雷達天線；標(biāo)稱厚度為（10—25）cm 時，通常選用頻率不小于1.5GHz 的雷達天線；標(biāo)稱厚度大于25cm 時，通常選用頻率不小于1GHz 的雷達天線。高速公路瀝青路面總厚度一般都在18—20cm，選用頻率不小于1.5GHz 的雷達天線。

3）打開主機新建文件，在實際檢測的基礎(chǔ)上，設(shè)定各項參數(shù)。例如，延時參數(shù)、測距輪參數(shù)、濾波參數(shù)等等。之后把薄金屬鐵板放置在天線的下方，要確保鐵板和天線的中心位置能夠垂直對齊。

先采集一段車輛不行駛狀態(tài)下的雷達數(shù)據(jù)，之后模擬行駛的狀態(tài)，保持車輛在顛簸的過程中，處于最大幅度的一致頻率，再把這些數(shù)據(jù)采集下來。最終形成了鐵板文件，這也是路面找平的主要依據(jù)。

4）汽車啟動之前要拿開鐵板。在采集參數(shù)不變的情況下，分布采集記錄道路的雷達數(shù)據(jù)，必要情況下，必須要采取人工手動打標(biāo)。

5）關(guān)閉主機卸掉天線和測距輪，根據(jù)不同的配件擺放位置，合理的存放。

2.2 數(shù)據(jù)分析

1）應(yīng)用標(biāo)定模塊在鐵板文件上生成標(biāo)定文件。

2）在標(biāo)定文件的基礎(chǔ)上，依據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，進行路面找平，之后交互式的解釋找平后的文件，點拾取各結(jié)構(gòu)層的分界面。

3）實際工作開展的過程中，要想計算出傳播高度，可以在較為平緩的路段取芯樣高度，之后反算。這樣就能夠速度的修整過程的信息，最終導(dǎo)出層文件，這樣也能夠計算出路面的面層厚度值。

3 存在問題

2）鉆孔的主要目的就是為了合理的控制傳播速度，但影響波速變化的因素是多種多樣的。例如，瀝青面層材料的配合比以及強度等。實際工作開展的過程中要想控制播速是非常困難的。在一定的面層厚度范圍之中，無法把電磁波的傳播速度設(shè)為一個定值。在修正道路路面厚度的時候，要想采取固定的傳播速度值，是不太合理的。當(dāng)前采取的每一個校核方法，都是在實驗段和鉆孔取樣對比的過程中確定的，只有這樣才能夠確保高精度。但很多城鎮(zhèn)的道路比較短，尤其是一些新建設(shè)的道路，如果采取這種方式，就無法充分的發(fā)揮探地雷達檢測的作用。

3）利用探地雷達，開展無損檢測工作后，會采取原始的鉆孔計算速度。一般的城鎮(zhèn)道路工程規(guī)模比較小如果采取這種方法，是不能獲得較多的經(jīng)濟效益的。

4）根據(jù)CJJ1—2018 的相關(guān)規(guī)定，要按照1000m2 取一個點，但是，雷達監(jiān)測技術(shù)能夠呈現(xiàn)連續(xù)的拋面，在公路的應(yīng)用比較多。根據(jù)JTGF80/1—2017 相關(guān)的評定標(biāo)準(zhǔn)，要在雙車道的每200 米處進行一次檢測，但很多城鎮(zhèn)道路比較窄線路比較短，所以，在每一個車道取一個點，但這種方法還是不符合相關(guān)規(guī)范的。

5）檢測路線的相對距離位置就是側(cè)輪距的位置，但并不能夠準(zhǔn)確的定位，所以在實地放樣鉆孔取樣時可能會出現(xiàn)誤差，尤其很多城鎮(zhèn)道路彎道比較多，這種情況就更加的明顯。在檢測時標(biāo)定的測輪距長度也有可能會帶來長度誤差。

4 結(jié)束語

1）對于檢測道路厚度結(jié)構(gòu)時所采取的雷達檢測技術(shù)的基本原理進行分析后。對比了鉆孔取芯和雷達監(jiān)測技術(shù)。發(fā)現(xiàn)在實際應(yīng)用的過程中，探地雷達能夠更好地應(yīng)用在公路厚度結(jié)構(gòu)的監(jiān)測中。

2）雷達監(jiān)測技術(shù)的精確度較高，具有無損、快速的特點。能夠在規(guī)范道路建筑的過程中提供更多的技術(shù)支持

3）地質(zhì)雷達測試技術(shù)，具有無損、連續(xù)性的特點。在探測能力允許的范圍之內(nèi)還可以監(jiān)測路面的厚度，路面材料的彈性、路面的密度等，從而更好地進行質(zhì)量的控制。但是這種技術(shù)還要和鉆探、勘探等多項工作結(jié)合在一起，這樣才能夠充分的發(fā)揮作用。所以在使用地質(zhì)雷達技術(shù)時要考慮到工程的實際情況，以及出現(xiàn)的具體問題，從而選擇最合適的勘探方法。