淺談探地雷達法檢測路面結構層

2012-03-20 07:18:08顏大林

科技視界 2012年24期

顏大林杜康

（臨沂市公路勘察設計院山東臨沂 276000）

1 路面結構層缺陷檢測的意義

隨著我國道路交通量日益增大，車輛迅速大型化以及超載現象，使公路路面面臨嚴峻的考驗。因此路面病害檢測的作用凸顯出來，其中路面結構層缺陷檢測是路面病害檢測的一項重要內容，通過探地雷達的檢測可以達到識別地下目標物和道路結構層內隱伏缺陷的目的。根據病害程度采取相應的補救措施，保證路面的通行質量同時也有利于對公路路面的設計、施工等各方面提供有力的資料和經驗。本文通過探地雷達法對某高速部分路段檢測為例淺談路面結構層缺陷檢測。

2 設備原理

圖2.1 探地雷達工作原理示意圖

探地雷達方法（Ground Penetration Radar，簡稱GPR）是一種采用短脈沖寬帶高頻電磁波信號檢測地下介質分布的新技術。根據電磁波在有耗介質中的傳播特性，通過天線連續拖動的方式以寬頻帶短脈沖的形式向地下發射高頻電磁波，電磁波信號在地下介質內部傳播時遇到不同介質的界面時，就會發生反射、透射，其反射系數（反射信號的強度）主要由上、下層介質的相對介電常數決定。上、下層介質的介電常數差異越大，反射的電磁波能量也越大；反之，越小。反射的電磁波被與發射天線同步移動的接收天線接收后，通過雷達主機精確記錄反射回的電磁波的運動特征，獲得地下介質的掃描圖像，通過對掃描圖像進行處理，對地質雷達剖面上目標層（體）的反射波時間延遲、波形特征以及剖面的宏觀和微觀形態組合進行解譯，達到識別地下目標物和道路結構層內隱伏缺陷的目的。

電磁波在特定介質中的傳播速度V是不變的，因此，根據探地雷達記錄上的地面反射波與地下反射波的時間差△T，即可據下式算出地下異常的埋藏深度H：

式中，H即為目標層厚度；V是電磁波在地下介質中的傳播速度，由下式表示：

式中，C是電磁波在大氣中的傳播速度，約為3×108m／s；ε為相對介電常數，取決于地下各層構成物質的介電常數。

雷達波反射信號的振幅與反射系數成正比，在以位移電流為主的低損耗介質中，反射系數r可表示為：

式中，ε1、ε2為界面上、下介質的相對介電常數。對公路檢測而言，ε1為面層的相對介電常數，ε2為基層的相對介電常數。由公式（3）可知，雷達波的穿透深度主要取決于地下介質的電性和中心頻率。導電率越高，穿透深度越小；中心頻率越高，穿透深度越小，反之亦然。反射信號的強度主要取決于上、下介質的電性差，電性差越大，反射信號越強；反之，越小。對瀝青混凝土面層而言，面層與基層（穩定層）存在明顯的電性差，可以預期面層底部會有強反射出現。不同面層（上、中、下）之間所用材料也存在細微差別，因此也可以得到較弱的反射信息。圖2.2簡單描述了地質雷達檢測公路面層厚度的基本過程。