水泥砼路面厚度高精度無損檢測技術(shù)分析

摘 要：文章主要講述了地質(zhì)雷達(dá)測量路面厚度的理論，研究了對(duì)地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響的原因；就以某一高速路為例，進(jìn)行測量得到的數(shù)據(jù)，使用相對(duì)介電數(shù)據(jù)進(jìn)行更正，把更正之后的數(shù)據(jù)和實(shí)地鉆孔取得的值展開比較，能夠發(fā)現(xiàn)地質(zhì)雷達(dá)得到更正后的數(shù)據(jù)更接近實(shí)際。

關(guān)鍵詞：公路；水泥鹼珞面；探地雷達(dá)；厚度測量；精度研究

1 探地雷達(dá)路面厚度檢測原理及誤差分析

1.1 探地雷達(dá)工作原理

地質(zhì)雷達(dá)又稱透地雷達(dá)，是用頻率介于10^6-10^9Hz的無線電波來確定地下介質(zhì)分布的一種無損探測方法。探底雷達(dá)方法是通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁波，通過接收天線接收反射回地面的電磁波，電磁波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)遇到存在電性差異的分界面時(shí)發(fā)生反射，根據(jù)接收到的電磁波的波形、振幅強(qiáng)度和時(shí)間的變化等特征推斷地下介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度。

我國現(xiàn)在建筑的高等級(jí)公路建筑材料大多是瀝青混凝土和水泥混凝土，建筑地基以及地基底層的物料有石灰土、水泥土、石灰穩(wěn)定顆粒、水泥穩(wěn)定顆粒、石灰粉煤土以及顆粒、碎石、礦渣等。空氣層的誘電率是1；面層是混凝土?xí)r它的誘電率差不多為6，是瀝青時(shí)其誘電率為4；地基和地基底層的誘電率因?yàn)槭褂玫慕ㄖ牧喜灰粯佣灰粯樱贿^因?yàn)樗臐裥源螅源蠖嗍褂梅勖夯摇⑼痢⑹摇⑺槭日T電率較大的物料，其誘電率在8以上。因?yàn)樗ㄖ母叩燃?jí)公路每一層之間的誘電率都是不一樣的，這是使用地質(zhì)雷達(dá)測量路面厚度的前提。

1.2 探地雷達(dá)在路面厚度探測中的誤差分析

1.2.1 波長對(duì)測厚精度的影響。波長對(duì)測厚精度的影響主要在于不同的波長其垂直分辨率和水平分辨率不同，而垂直分辨率、水平分辨率直接關(guān)系到厚度檢測精度。垂直分辨率決定著豎直方向上能分辨出的最小層厚度，理論上垂直分辨率為地層波長h2的l/8。但考慮到地層中各層密度的變化對(duì)波長的影響及干擾噪聲等因素，為便于參考，一般把矗：h2/4作為垂直分辨率的下限。而水平分辨率決定著探地雷達(dá)剖面圖像中能水平區(qū)分出的最小異常體。

1.2.2 誘電率、電阻率的倒數(shù)以及絕對(duì)磁導(dǎo)率對(duì)測量準(zhǔn)確度的作用。物體的誘電率大，電磁波就慢，誘電率小，電磁波就快。電阻率的倒數(shù)、絕對(duì)磁導(dǎo)率也一樣會(huì)對(duì)電磁波在載體中散播速度以及衰弱程度產(chǎn)生作用，所以也在很大程度上對(duì)目標(biāo)體厚度的算計(jì)產(chǎn)生作用。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及其檢驗(yàn)

鉆孔取芯，是按照我國頒發(fā)的《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定，在公路路面每隔二百米每個(gè)車道取兩個(gè)芯樣，檢測其厚度，算計(jì)出每一千米的評(píng)估值。利用地質(zhì)雷達(dá)測量路面厚度的過程中大多在路面上每隔五千米或者十千米就打個(gè)孔進(jìn)行定位，然后使用這個(gè)點(diǎn)的波動(dòng)速度當(dāng)做附近范圍內(nèi)雷達(dá)波的波動(dòng)速度。不過在實(shí)際操作的過程中，因?yàn)榻ㄖ牧稀⒔ㄖ疁?zhǔn)以及濕性等因素，誘電率各不相同，換句話說雷達(dá)波在不一樣的地方散播值是不同的，所以在不一樣的路面使用一樣的誘電率以及頻率所測量得到的路面厚度和實(shí)際情況存在差異。為了降低這種差異，引進(jìn)修正數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以便來提升地質(zhì)雷達(dá)測量達(dá)到結(jié)果的準(zhǔn)確性，具體情況如下：鉆孔取芯獲得相對(duì)介電常數(shù)初始值一探地雷達(dá)檢測路面厚度一鉆孔取芯測量路面厚度一檢測每個(gè)鉆孔的相對(duì)介電常數(shù)一計(jì)算修正系數(shù)一修正探地雷達(dá)所測路面厚度值。

3 數(shù)據(jù)分析

在高速公路中任意選擇一段路面進(jìn)行測量，利用美國GSSI目前世界上最好的生產(chǎn)地質(zhì)雷達(dá)的廠家生產(chǎn)的SIR-3000型號(hào)的地質(zhì)雷達(dá)以及2.5千兆赫茲空氣耦合天線的構(gòu)造對(duì)路面開展測量。第一，鉆取一個(gè)芯樣算計(jì)出誘電率，把最開始的誘電率放進(jìn)SIR-3000中算計(jì)雷達(dá)波散播的速度以及路面厚度；第二，再從這個(gè)路段鉆取八個(gè)芯樣使用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行測量路面的厚度以及修改值。利用初始介電常數(shù)計(jì)算得到的水泥路面厚度檢測值與鉆孔取芯得到的厚度值的比較見表1。

從表1中能夠得出：使用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行測量得到的數(shù)據(jù)和在這個(gè)地點(diǎn)中使用鉆孔取芯法得到的數(shù)據(jù)之間最大的差異值是一點(diǎn)八五厘米，最小的差異值是零點(diǎn)一八厘米，平均值是一點(diǎn)二厘米，差異率平均為百分之四點(diǎn)七八。整體來講差異率比較小，不過波動(dòng)大。導(dǎo)致這種情況的關(guān)鍵因素是在這條路程中測量厚度的過程中使用了一樣的誘電率，以一個(gè)誘電率代表了整條路的相對(duì)誘電率。

為了能夠減少使用一個(gè)誘電率作為整條路的誘電率帶來的測量差異，再從這個(gè)路段中鉆孔取八個(gè)樣進(jìn)行測量厚度，使用標(biāo)定法得到每一個(gè)鉆孔位置的相對(duì)誘電率，然后帶入公式中，算計(jì)得到每個(gè)鉆孔位置厚度的修改數(shù)據(jù)（表2）。使用修正值得到的路面厚度和取芯法獲得的厚度對(duì)比圖表3。

由表2可以看出：8個(gè)芯樣的介電常數(shù)存在較大差異，如果單用某一點(diǎn)的介電常數(shù)作為標(biāo)定值，那么其他點(diǎn)的雷達(dá)探測厚度值會(huì)出現(xiàn)較大的偏差。由表3可見，修正后的路面厚度值與鉆孔取芯值相比偏差變小。對(duì)比表1和表3可以看出，標(biāo)定每個(gè)孔處的路面相對(duì)介電常數(shù)得到修正系數(shù)，可顯著提高探地雷達(dá)的測量精度。

4 結(jié)束語

利用地質(zhì)雷達(dá)測量水泥材質(zhì)的路面厚度，會(huì)受到波長以及相對(duì)誘電率的影響，但是波長在測量的過程中都是不變的，所以對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生真正影響的是相對(duì)誘電率。不過在實(shí)際操作過程中取樣定點(diǎn)的地方比較少，相對(duì)誘電率在整條路中都是一個(gè)數(shù)據(jù)，所以測量的厚度準(zhǔn)確度在百分之九十五左右，不過還是具有很大的差異。不過經(jīng)過多標(biāo)定幾個(gè)位置進(jìn)行取樣獲得誘電率能夠得到修改數(shù)據(jù)，能夠獲得更準(zhǔn)的厚度值以及更小的差異。為了能夠提升地質(zhì)雷達(dá)測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，最好在測量的過程中使用標(biāo)定各點(diǎn)的誘電率。

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