探地雷達在水泥混凝土路面改造中的應用

王艷松

摘 要：本文先對探地雷達的基本工作結構、原理、性能做了詳細介紹，全面、系統地分析研究出了探地雷達對基層水泥混凝土平鋪路面的基礎板底底部脫空、路基底層含水量、路基空洞等各個方面的性能檢測。針對當前工程應用實踐，對于工程應用在射頻天線信號選擇及抗干擾信號處理等多個方面提煉出多項關鍵技術。

關鍵詞：探地雷達 水泥混凝土 路面改造

中圖分類號：U416.216文獻標識碼：A文章編號：1003-9082（2020）03-0-01

一、引言

目前來看，受到多方面的影響，很多改革開放后重新修建的混凝土路面上都出現了很多地面基層裂碎、坑洼等的現象。為解決此現狀，人們通過使用探地雷達可以進行實地檢修探測路面。探地雷達屬于一種全新對地面檢測不會產生危害的雷達裝備。對于基層水泥板和混凝土基層路面，能夠通過使用電子探地儀和雷達儀來對地面質量問題進行檢查測驗，主要包括路面底部出現脫空現象、路面基層水分含量的高低、基層水泥板路基厚度差的檢測與質量評價等。目前，研究工作人員已經建立了許多科學評價基礎模型，然而只是模型沒什么實用價值，其最根本原因還是對于模型的基本信息掌握不夠充分。全文就舊水泥混凝土路面的重新改造建設工程里應用探地雷達檢測的數據進行分析研究，以解決實踐中雷達的應用中出現各種問題，從而提升建筑水平。

二、探地雷達檢測原理

探地方法雷達探測是一種利用寬帶高頻無線電磁波發射信號實地探測常用方法。它主要屬于一種運用電磁波的感應信號對地底層傳輸時的電磁波的路徑變化來進行檢測的技術，同時可以說是根據電磁雷達探測信號在地下介質中運動傳輸的微波路徑運動變化對地下運動介質物體進行運動探測[1]。

雷達探測工作方法原理及其應用探測工作方法概述如下：探地雷達根據利用電磁波發射感應信號在地下快速傳輸的運動力學原理進行運行的。發射器的天線將高頻的無線電磁波以高頻寬帶短波和脈沖波的形式直接送入地下，當地下固體介質間仍然存在強的電性阻抗差異時，這樣的電性阻抗差異將自動變成了電性阻抗強的平面，電磁波發射感應信息這種電性組阻抗強平面的時候就可能會自動出現很強的無線雜波信號，同時接收器的天線把反射信號送入至備用的專用電腦且依據系統設置計算數據進行分析存儲，再根據這種專用電腦軟件對無無線雷達感應信號接受器受到的無線反射雜波信號數據來分析，摒除一些原本沒用的無線雜波信號及其干擾信號，最后利用對探測的目標真實的反射信號進行處理能夠起到對地面下方介質的直接探測的作用。

三、水泥混凝土路面中應用探地雷達

1.板底脫空檢測

目前探地雷達在我國各種施工檢測過程中，主要還是應用在定量檢測建筑路面板下的厚度情況、基層及建筑底層下基層的脫空質量性能評價等，基層脫空的質量檢測還主要處于相關試驗技術研究進行階段。混凝土底部若是突然產生了脫空現象，用激光探地器或雷達設備進行激光掃描時，把脫空的混凝土底層表面和脫空混凝土基層的頂面分別使用不一樣的反射介電信號。因為脫空混凝土板和基層空氣的介電一般數據不一樣，掃描時將分別形成一個混凝土板底面板上的空氣夾層-脫空基層自上而下的不一樣介電層面，經過激光處理后的還可同時形成多個檢測點的剖面[2]。

2.路基高含水量路段檢測

微波在高速傳輸能量過程中，能量的最大損耗主要與傳輸介質分子中的一定水分含量有關，水分含量越多，則不一樣波長中能量的損耗也就越大;反之，則不一樣波長的能能量損耗越小。據此我們可推測，反射器所到達的空氣介質中的氣體電磁波反射能量也與氣體介質的空氣水分含量有關，當空氣介質中含的水分含量越少時，到達的空氣介質中的電磁波反射能量就越大。因此，根據應用微波路基功率波的衰減含水量計算即可準確估算并提出微波路基應在含水量高的應用路段。

3.路基空洞檢測

雷達射線波譜法用于探測檢驗無線路面下一層路基的厚度缺損，與利用雷達射線檢測檢驗路面路基厚度的兩種方法特點基本相同，都主要是充分利用了無線雷達對載波的線性折射-射線反射轉換原理。在正常使用情況下，脈沖入射電磁波在整個路面上各部分界面脈沖反射的持續時間都比較短，當脈沖入射波的脈沖能量一部分在整個路基頂面被脈沖反射，而另一部分入射波則盡可能不斷繼續向整個路基底部透射[3]。因此就已經發生了一定時間上的突變，就這樣可以清楚看到路基波形的細微變化。而在空洞的底部又常常會與波形成一個反射波的界面，從而通過波長線在整個空洞中進行反射，并由另一路基波將折射線送到黑洞基層與外表面層，最后由波進入黑洞空氣層。

四、關鍵技術

1.天線選擇

對基層水泥路基地面板底機和脫空機的檢測結果應該盡量使用高頻地面耦合式微波天線，并適當選擇低頻微波天線，可使用微波天線多次地發出不一樣的頻率對其進行檢測，從而能夠更加精確地分析檢測后的結果。比如，首先分別用400兆赫茲的加密天線對兩條被檢測天線線路來全面檢查，先分析確定檢測問題的主要位置，再用900兆赫茲的天線對原先兩條線路進行檢測，這種使用兩種檢測天線的方式能夠對這兩條線路進行深度、精確地檢測，這兩種方式進行互補，以此來提高檢測天線的精度。

2.信號抗干擾處理

信號抗干擾處理技術對于探地雷達來說是一項比較重要的研究內容。因為目前野外作業現場較為復雜多變，干擾信號較多，因此干擾信號處理分析的第一步即是有效抑制干擾雜波。一般容易處理好的方法就是可以通過利用一個原本不含有的界面無線反射回波信號的無線回波反射信號與其他含有多個界面無線反射回波信號的無線回波反射信號對比進行回波相關性的分析，可以直接得到一個比較準確的無線回波反射信號，提高其回波抗干擾能力。此外，根據實際應用情況，需要及時進行增益值的調整、濾波，最后計算成果

3.存在問題

探地自動雷達檢測可以輕松實現連續自動檢測，檢測操作速度快，操作簡單，無任何破損，克服了了常規雷達檢測操作方法的技術局限性。但是由于不一樣電磁波在隧道介質定量傳輸過程中的不一樣特點，仍仍然存在一些主要問題：（1）在舊有的水泥隧道路面介質檢測中還只能局限于介質定性定量評價，尚不能完全實現介質定量定性評價。（2）統計數據自動分析解釋困難。目前，該項檢測技術還不能完全能夠依靠自動檢測處理系統能夠進行自動化和解釋分析數據，還必須完全依靠人工進行判斷。

五、總結

根據地質探地檢測雷達的各種特性及其在工程實際中的應用，可以充分看出利用地質檢測雷達在基層混凝土板下路面的施工養護以及維修檢測技術及道路改造中，可以及時準確掌握基層混凝土板下的整體支撐結構情況和整體路基養護狀況，不會嚴重影響正常道路交通，檢測工作效率高，是一個非常科學快速的地質檢測技術手段。

參考文獻

[1]馬國民.水泥混凝土路面錯臺病害的評定方法及處治技術[D].重慶交通大學，2017.

[2]柴福斌.基于探地雷達的水泥混凝土路面板底脫空檢測技術[D].長安大學，2019.

[3]張娟，臺電倉，趙述曾，李濤.探地雷達在水泥混凝土路面改造中的應用[J].公路交通技術，2017（02）：29-32.