基于探地雷達的瀝青路面厚度無損檢測及動態調控措施應用研究

摘要 為解決瀝青路面局部區域面層厚度不足問題，提升路面施工的均勻性，文章以某道路工程為例，采用三維探地雷達對路面進行全斷面無損檢測。首先，綜合考慮攤鋪厚度調整施工難度與工程經濟性，將檢測單元長度設定為200 m；然后，基于厚度補償原理，提出了攤鋪厚度的動態調控方法，并依托實體工程進行應用。研究結果表明，采用文章計算所得的攤鋪厚度調整值完成上面層施工后，試驗段內各區域的路面厚度不合格率大幅降低，工程應用效果良好。

關鍵詞 厚度；三維探地雷達；無損檢測；動態調控

中圖分類號 U415.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）05-0076-03

0 引言

傳統瀝青路面的厚度檢測方法，如鉆芯取樣法，雖然能夠提供較為準確的檢測結果，但其檢測過程具有破壞性，且檢測效率低、代表性不足，難以滿足現代道路建設對快速、無損檢測的需求。在此背景下，三維探地雷達技術因其檢測速度快、無損、自動化程度高等優點，逐漸在道路檢測領域得到廣泛應用。該技術利用電磁波在介質中的傳播特性，通過接收和分析反射信號探測地下結構的物理參數，能夠有效檢測路面厚度、壓實度、含水率，以及內部缺陷等關鍵指標，可為道路施工質量評估和養護決策提供可靠依據。

1 三維探地雷達厚度檢測原理

三維探地雷達檢測技術通過發射器向地下發射高頻電磁波，波束在穿透瀝青路面過程中，與瀝青路面材料發生電磁交互作用，部分電磁波因路面材料的電參數變化而向后散射，散射波隨即被布置于地面的接收天線精準捕獲[1]。同時，剩余電磁波在地下繼續其傳播路徑，經過多次折射與反射后，部分信號最終返回至雷達系統，由天線信號接收器接收。接收到的信號經逆離散傅里葉變換技術處理，能夠精確計算出電磁波在瀝青路面內的傳播時間。將該時間參數和事先標定的瀝青材料介電常數，代入相關數學模型，最終可以計算出瀝青路面的厚度。

2 瀝青路面厚度動態調控技術

2.1 數據處理

采用探地雷達詳盡采集道路全斷面的三維數據點陣，對數據點進行處理后，繪制成高分辨率的雷達灰度圖像。借助信號處理軟件精準識別并追蹤雷達圖像中地面與瀝青層底部的連續反射信號，計算路面厚度。為各檢測點分配二維坐標體系，構建瀝青路面厚度的分布矩陣，該矩陣不僅記錄路面厚度的具體數值，還涵蓋空間位置信息。為了更加清晰、直觀地展示厚度的分布特征，該文采用色彩編碼技術，設定三基色（紅、綠、藍）與瀝青路面厚度值之間的線性映射關系，將厚度矩陣轉化為色彩漸變的分布云圖[2]。在該云圖中，不同顏色層次不僅能直觀反映瀝青路面的厚度變化，還可以通過色彩的連續過渡，細致描繪厚度在空間上的分布規律，為檢測人員提供有力的數據支持與可視化工具。

2.2 路面厚度補償方法

首先，對檢測路段實施科學合理的單元劃分，避免過于頻繁的厚度調整造成施工復雜度增加，以及對路面平整度與材料離析控制帶來的負面影響。若單元劃分過長，雖能減少調整頻率，但仍需對較長區域內的上層攤鋪厚度進行大幅調整，以補償局部區域的路面厚度不足，增加施工成本，難以保證工程的經濟性[3]。基于此，該項目將檢測路段單元長度設為200 m，以平衡施工質量的精細控制與經濟成本的有效管理。

采用分布模型計算各檢測單元的路面厚度代表值，鑒于數據量龐大，當自由度遠超120時，分布模型計算所得的厚度代表值與均值之間的差異極小，其誤差可忽略不計，因此兩者在實際應用中可視為相等。

基于厚度代表值要求的厚度補償值的計算公式如下：

（1）

式中，——中下面層設計厚度（cm）；——總厚度代表值的允許偏差（cm）；——路面總厚度設計值（cm）；——中下面層實測厚度均值（cm）。

基于厚度合格值要求的厚度補償值的計算公式如下：

（2）

式中，——總厚度合格值的允許偏差（cm）；

——中下面層實測厚度最小值（cm）。

厚度補償值的計算公式如下：

（3）

2.3 攤鋪厚度動態調控方法

當檢測單元路面寬度＞3 m時，為實現三維探地雷達的全斷面覆蓋檢測，檢測道數量需≥2，以保證每一區域均能得到有效監測。鑒于同一橫斷面攤鋪厚度需保持一致，因此，該項目將檢測單元上面層的最終厚度調整值，設定為各檢測道上面層厚度調整值中的最大值。其中，各檢測道上面層厚度調整值的計算公式如下：

（4）

式中，——上面層厚度設計值（cm）。

檢測單元上面層厚度調整值的計算公式如下：

（5）

式中，——第個檢測道上面層厚度調整值（cm）。

檢測單元上面層攤鋪厚度調整值的計算公式如下：

（6）

式中，——松鋪系數；——上面層厚度調整值（cm）。

3 實體工程應用

3.1 工程概況

某道路工程全長8.2 km，為雙向四車道，道路面層總厚度為18 cm（如圖1所示）。面層總厚度代表值和單個測點面層厚度的允許偏差要求如表1所示。該項目選擇K1+000～K2+000作為試驗段，在中面層施工完成后，采用三維探地雷達對該段道路進行全斷面厚度無損檢測，擬對上面層厚度進行動態調整。

3.2 高精度雷達參數標定

首先，需選擇合適測點進行鉆芯取樣，然后通過反演計算確定瀝青混凝土的介電常數。該項目選取K1+200、K1+400、K1+600三處位置，采用三維探地雷達進行厚度掃描，旨在全面覆蓋并消除因施工不同階段導致的瀝青混凝土材料的特性差異[4]。隨后，在上述位置鉆芯取樣，直接測量其厚度值。基于實測厚度數據，利用反演算法，逆向推導得出雷達測試系統中瀝青混凝土的介電常數，具體結果如表2所示。

根據表2可知，該項目將介電常數設定為5.08。為驗證該介電常數的可靠性及路面厚度檢測結果的準確性，在檢測段落內選取合適位置進行雷達掃描并反算其厚度，然后與鉆取芯樣的厚度實測結果進行對比，具體如表3所示：

由表3結果可知，最大偏差值僅為0.2 cm，滿足上層攤鋪厚度的計算精度要求（＜2 cm）。

3.3 路面厚度分析

按照該文所設單元長度（200 m），將試驗路段劃分為5塊區域，將各區域三維探地雷達檢測數據進行全面匯總與分析，結果顯示：右幅路面厚度呈現顯著的“M”形波動趨勢，表明其厚度變化較為劇烈；左幅路面在起始樁號處出現較大波動后，其余區域趨于平穩，間接反映了路面基層施工質量的差異性。相較于左幅路面，右幅路面基層的平整度更差。

為進一步分析路面厚度的均勻性，該文對各區域中下面層厚度的不合格率（厚度＜12.2 cm）、平均值與變異系數進行計算與匯總，具體如表4、圖2～3所示。

分析表4、圖2～3結果可知，各區域間厚度的離散性差異顯著，其中區域1處的離散性最大，且厚度不合格率最高，說明該區域施工質量較差。究其原因，區域1作為施工起始點，尚未形成最優的機具組合模式，如攤鋪機型號、作業參數，以及與壓路機等其他機具的協同作業尚未經過充分調試和優化，從而影響基層平整度，導致路面厚度的均勻性較差。

3.4 施工厚度動態調整效果評價

采用前文所述公式，松鋪系數取1.2，計算各施工區域上面層攤鋪厚度的調整值，結果如表5所示。

采用如表5所示的攤鋪厚度調整值，完成試驗段上面層攤鋪碾壓施工后，再次采用三維探地雷達對試驗段內所有施工區域進行厚度檢測，并與常規施工段落（按照上面層設計的厚度攤鋪）進行對比。檢測結果顯示：采用該文計算所得的攤鋪厚度調整值完成施工后，試驗段內各區域路面厚度的不合格率均大幅降低。其中，施工區域1處不合格率由8.9%下降至0.7%，較上面層施工前的中下面層厚度合格率提升了8.2%，其余4處施工區域路面厚度合格率分別提升了5.1%、7.4%、4.8%、5.7%，試驗段路面整體厚度合格率超過98%；常規路段施工完成后，厚度不合格區域比例均值為7.4％，相較于上面層施工前，厚度合格率變化不大，未能達到95%。由此可見，該文所提上面層攤鋪厚度的調整值取得了良好的工程應用效果。

從理論層面而言，依據厚度調整值進行施工能夠有效解決路面厚度不足的問題，但在實際工程實踐中，道路邊部區域仍出現局部偏薄現象。分析可知，瀝青層在壓實過程中的厚度變化并非線性且均勻，該過程受原材料、混合料級配、施工機械等多重因素的影響，各因素在瀝青層內的非均勻分布直接導致壓實前后厚度比值的差異性。因此，即便采用預設的松鋪系數，也難以完全匹配實際壓實過程中的厚度變化，進而造成壓實后路面厚度仍與設計值存在偏差。此外，未能嚴格控制攤鋪的作業質量、攤鋪機穩定性不足、道路邊緣部位混合料離析現象等均會對攤鋪作業效果產生不良影響，導致實際攤鋪厚度與設計值之間產生偏差[5]。

4 結語

（1）該文基于三維探地雷達檢測技術，設定檢測單元長度為200 m，并提出了攤鋪厚度的動態調控方法。

（2）采用該文計算所得的攤鋪厚度調整值完成上面層施工后，試驗段路面整體厚度合格率超過98%，工程應用效果良好。

參考文獻

[1]虞將苗，唐嘉明，張肖寧，等.基于三維探地雷達的瀝青路面厚度動態調整技術研究[J].中外公路， 2020（3）：70-75.

[2]李暉.基于三維探地雷達的瀝青路面面層厚度與密度無損檢測技術研究[D].南寧：廣西大學， 2020.

[3]王若俊，嚴筱.探地雷達在路面面層厚度檢測中的應用[J].公路交通科技（應用技術版）， 2018（8）：137-140.

[4]張華為，朱自強.空耦雷達技術在檢測瀝青路面厚度的探討[J].公路工程， 2012（4）：24-25+30.

[5]關長祿，陶志政，呂得保，等.公路工程路面結構層厚度評定標準及方法的探討[J].中外公路， 2010（2）：88-93.