探討雷達法在公路檢測中的應用

張俊利 楊磊

摘要：公路工程檢測工作對于公路質量檢測以及公路維護檢修十分重要，雷達法屬于一種適用于各領域的新型無損傷探測的設備，和一般探測的方式進行比較，其效率和準確度更高。應用到公路厚度檢測中，可以準確的觀察某一路段中的路面厚度。對于路面厚度不達標的地方，及時發現并給與處理措施。基于此，文章就雷達法在公路檢測中的應用進行簡要的分析。

關鍵詞：雷達法；公路檢測；應用

1 探地雷達勘探技術工作原理

探地雷達方法是一種用于確定地下介質分布的廣譜電磁技術。探地雷達利用一個天線發射高頻率寬帶調幅脈沖電磁波，另一天線接收來自地下介質界面的反射波。電磁波具有的波動性，傳播時在不同介質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、電磁場強度與波形將隨所通過介質的電性性質及幾何形態而變。

探地雷達勘察技術具有連續、無損、高效和高精度等優點。探地雷達由一體化主機、天線及配套軟件等部分組成，根據電磁波在有耗介質中的傳播特性，探地雷達以寬頻帶短脈沖的形式向地下發射高頻電磁波，當遇到地下不均勻體（界面）時會反射部分電磁波，其反射系數主要由介質的相對介電常數決定，通過對所接收的反射信號進行處理和圖像解譯，達到識別道路基礎內隱伏缺陷的目的。

2 影響探地雷達測量精度的重要參數

2.1 確定底界面的回波

界面回波信號是探地雷達檢測中反映道路介質的重要參數，由于原始波形的復雜，路基與路面不同的反射回波難以精確區分，所以確定底界面回波信號成了目前探地雷達勘探亟需解決的核心內容。首先大部分干擾波都相對穩定，可以通過有效手段來進行抑制；其次，可以通過對含界面反射波和不含界面反射波兩種不同回波信號進行分析，從而確定底界面回波信號，獲得底界面的回波時間。實踐工作中，要充分利用已經獲得的探測點作為進一步探測參考，可以從探測圖像上尋找多個探測點進行比對分析，還可以通過已得的反射波形分析確定。

2.2 確定地面零點

在公路工程測量中，地面零點的確定直接影響道路地面厚度檢測。實際工作中地面零點的確定可以借助金屬板來進行，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很強的全反射波形，將雷達波對路面的反射波形與之對比分析，就能確定地面零點了。

2.3 標定路面的介電常數值

路面介電常數值在探地雷達勘探中尤為重要，很大程度上決定路面厚度值是否準確。而由于路面材料的結構變化、密實程度、潮濕度等因素都會影響路面介電常數值。首先在探測圖像比較均勻的地方鉆孔取樣，進行標定，保證檢測結果的可靠有效；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行取樣標定，選擇最合適的介電常數值，保證探測精度。另外，還要綜合考慮路面結構變化、材料更換的情況，保證介電常數的準確和全面。

2.4 天線頻率的選擇

探地雷達勘探中天線頻率往往受路面不同厚度影響，在高速公路建設工程中，路面厚度要求為25cm左右，簡易路面厚度則在15cm左右，要根據具體數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，取得最佳探測效果。同時還要注意路面最小尺寸、天線寬度等因素對天線頻率的影響，并注意相同條件下，優先選擇低頻率天線。

3 探地雷達在公路工程檢測中的應用

3.1 路基工程檢測中的應用

3.1.1 路基不密實和高含水區。路基不密實病害一般是由于公路在建設初期壓實不夠或局部受水浸泡松軟引起，不密實區域內的路基土含水率或孔隙率比周圍密實區大，由于不密實區土與周圍密實區土存在著電性差異，在雷達波形圖中常表現為不密實區邊界的反射波同相軸明顯錯動，分層不明顯，不密實內部區域波形相對較均勻，通過波速和時長可計算出不密實區的深度和區域范圍，據此可應用于路基不密實區和高含水區探測。

3.1.2 路基脫空。探地雷達在探測路基脫空時，脫空空洞會使多次反射波很強，且持續一段時間，側向反射波不太強，具有局部孤立的特點。

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間，即可確定空洞深度和范圍，從而實現對路基脫空病害的探測。

3.1.3 路基沉陷

路基沉陷會導致路基斷面變形和層位移動。路基沉陷異常在雷達剖面上主要表現為同相軸不水平，呈現一定的傾斜度，傾斜的深度與寬度則反映路基沉陷的范圍，依此實現對路基沉陷病害的探測。

3.2 路面工程檢測中的應用

3.2.1 瀝青面層剝落

美國得克薩斯交通學院研究發現，當瀝青層未剝落時，GPR測試時的回波中僅有2個波峰，一個出現在路表，另一個在瀝青面層與基層的界面；當出現剝落時，回波中路表反射與基層、面層界面反射間多了一個波峰；當剝落程度較嚴重時，該波峰峰值增大，還發現1GHz的空氣耦合式喇叭天線對剝落的識別效果較好。

3.2.2 路面結構層裂縫。利用多層均勻層狀介質中垂直裂縫的雷達波響應特征表現為一簇頂點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分別與各介質分界面反射波同相軸相切的圖像特征，可探測路面結構層裂縫。

3.2.3 水泥混凝土面層脫空。當路面積水未及時排出時，可能導致地表水下滲，使面層與基層之間逐漸疏松，局部甚至脫空。此時，層間介質的介電常數差異較大，依據雷達波的界面反射與波的傳播特性，反射波明顯、傳播速度降低。根據反射系數強度變化判定脫空層的存在，再根據反射系數符號的正負，判斷脫空層的性質。由計算得知，脫空層的存在將使該處的反射系數增大2～3倍，從而可用探地雷達成功探測脫空。

綜上，探地雷達具有無損、快捷、高效、實時檢測以及高分辨率等優勢，近年來被廣泛應用于路面層厚度檢測、路基病害調查，發揮了很大的作用。

參考文獻：

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