探地雷达技术在道路检测中的应用

探地雷达技术在道路检测中的应用

贾周奇

西安建信市政工程质量检测有限公司  陕西省西安市 710016

摘要：在经济的快速发展和“一带一路”的引领下，中国的铁路、公路建设得到迅猛发展，隧道工程施工也大幅增长。公路路面结构存在不同程度的损耗，为确保工程的使用安全，需要在不破坏路面结构的情况下检测其使用性能，主要检测内容包括路面厚度、路面病害情况以及路面现阶段性能，根据要求经研究决定采取探地雷达技术开展该工程路面检测工作。本文针对道路工程建设中的质量检测问题，提出基于探地雷达的道路检测程序、方法与要点，指出合理利用探地雷达技术能保证检测结果的真实性与可靠性，可用于质量综合评定等工作。

关键词：探地雷达技术；道路检测；应用

引言

在道路工程建设中与施工完成后都必须通过严格的检测来确定分部分项工程或整个工程的质量状况，在此基础上进行施工方案优化或针对具体问题和缺陷进行整改，从而从根本上保证道路工程的质量。探地雷达作为一项先进的无损检测技术，目前正广泛应用于道路检测领域。为了使探地雷达技术在道路检测领域发挥更好的作用和效果，本文深入研究该技术在道路检测领域的具体应用过程和方法。

1探地雷达简介

1.1探地雷达的组成

经过多年的发展，探地雷达技术在探测地下结构等领域已较为成熟，虽然在功能上可能存在某些区别，但大多数探地雷达系统的组成是类似的。三维探地雷达系统主要由雷达主机、外接天线、发射机和接收机等组成。

1.2探地雷达的工作原理

利用探地雷达进行地下目标检测的工作原理为：当雷达波在传播过程中穿过不同介质之间的交界面时，由于材料电磁性质的差异，一部分雷达波会发生反射，另一部分雷达波继续传播，而接收天线可以采集到这些反射回波，通过对反射回波的波形、振幅、传播时间等信息进行处理，进而可以分析得到结构内部的分层以及病害位置、尺寸等信息。在路面厚度的检测中，电磁波的反射系数和传播速度主要由介质的相对介电常数确定，不同介质的相对介电常数差异越大，电磁波在其交界面上产生的反射便越强，并在探地雷达图像上形成显著的异常，这些异常便可作为判断路面内部病害及确定路面厚度的依据。

2现场检测要求

在现场检测过程中应注意满足以下几个方面的要求：（1）检测过程中确保天线匀速和稳定地沿直线行进，尽可能减少或防止天线发生晃动，并避免非必要绕行。（2）检测的移动速度需要以防止采集数据丢失为目标来确定，不可过快。（3）密切关注雷达图像发生的变化，记录好所有异常段，并在必要时做好复检或加密检测。（4）随时记录可能影响到测量结果的障碍物的具体位置与形态。（5）检测记录内容应包含以下几点：①测线的具体位置；②测线编号；③天线行进方向；④标记之间的距离；⑤天线类型；⑥异常情况描述。

3探地雷达技术在道路检测中的应用

3.1现场测线布置

为了确保探测预报结果的精确度，在布置测线时应该做到以下几点：（1）电磁场对探地雷达测定信号的收集产生一定影响，布置测线要远离包括探测周围的电线、电缆等电磁场的干扰因素；（2）地质雷达探测对金属物体的反应较灵敏，故布置测线时，尽可能避开如钢拱架、开挖台车等金属设备；（3）布线时要布于隧道掌子面的平整地域，以便使天线和掌子面贴合紧密，减少因空气层的存在而引起的异常现象；（4）对于有异常区应加密处理，以减少探测盲区，保证探测结果的稳定性和准确性。

3.2数据处理

三维探地雷达采集的数据为原始雷达数据,在分析雷达数据前,需要提前消除数据中的干扰信号,提高信噪比,增强数据的可读性,提高病害识别的准确性。采用主要的雷达数据处理方法有去除零偏、增益调节、FlR滤波、背景消除等。得到可读性强的三维雷达数据后,逐一分析每一车道每条测线的数据,标注并导出每个病害的GPS坐标位置。

3.3现场定位

根据三维探地雷达的检测结果,确定异常区域并导出病害GPS坐标后,再通过手持RTK定位装置确定病害的位置,使用便携式通用探地雷达定位点复测,进一步精确病害位置。

3.4典型病害识别

道路工程病害的种类较多,常见的早期病害包括裂缝、车辙、表面破损、地下裂隙、脱空、空洞等,后期如果伴随地下管线漏水、雨水沿裂缝的渗透冲刷侵蚀,道路下土壤会流入年久失修坍塌的防空洞等地下工程或暗河中,导致路面塌陷。由于很多病害无法通过肉眼观测到,因此需要借助无损检测手段,定期开展养护检测,建立包括地表、地下、分布范围、不同时期的道路状况四维数据库,针对不同的病害种类及等级,采取相对应的处治方法。

3.4.1正常路面基层的标准雷达异常图像

正常施工后的路面为层状,不同层面上的填筑材料的介电性存在某些差别,所以相应的基层标准雷达图像的色谱图应当显示为水平层次方向的延展,且同一层内的信号强度类似,表现为没有显著的突变。

3.4.2富水体

结构层中的富水体介电常数较大,且富水程度越高,与普通土体的介电常数差值越大,表现为雷达图谱上的顶部反射信号增大,而下面则衰减迅速,如图1所示,同向轴较连续,频率通过水的滤波作用降低。

3.4.3道路局部不密实

在路面基层内有破碎、疏松等病害现象时,此区域的介电常数将有突变,导致反射信号显著,探测器中接收的雷达剖面图像出现异常情况。一般非密实土体与密实土体的交界处会存在较大幅度的反射差值,具体不密实范围的边界确定方式为:正常的连续反射波遇到非密实土体时,其同向轴将出现断开或发生凹凸升降,波长变大,波幅晃动,并存在显著的波组特征。

3.4.4局部脱空或空洞

对于一般的土体而言,其相对介电常数的数值处于6～40范围内,而在空洞与脱空位置,相对介电常数为1。因此,不同土层之间的介电性差异非常显著,此时雷达波的反射界面将尤其显著,同时波的传递速度变小。在雷达图谱上,此种病害的表现形式为反射的信号能量增大,频率、振幅及相位等均发生突变,同时空洞区域下方存在多次反射波,且有绕射现象发生于边界处。

3.5钢筋、管线及规则形状异常干扰

由于道路具有复杂的特性,因此探测环境中异常目标较多。这些异常目标通常形状规则,能够通过阵列探地雷达的成像剔除,避免发生误判。

3.6评价报告

（1）检测结束后，编制完整的检测报告，报告中应包含说明书、图件与附件。（2）检测报告必须准确、完整，数据齐全并准确。报告需包含的内容有：具体检测项目、主要检测方法、检测所用仪器设备、工作布置情况与工作量、检测数量、抽验段落与结果、资料处理与解释、验证结构及分析和最终的结论。（3）报告中的图表应包含以下各项内容：测线布置图（包括测线具体位置、方向与里程）、时间与深度剖面图像、综合解释断面图、病害检测结果与评价表、病害分布情况统计表。（4）报告附件需包含以下内容：原始记录、原始数据（需转换成标准物探格式）、影像资料与电子文档。

结束语

当前，探地雷达在道路工程质量检测中得到了广泛的应用，它对提高检测工作效率和保证检测结果真实性与准确性都有重要的作用。本文对道路检测过程中探地雷达技术的具体应用进行了初步分析与总结，归纳了探地雷达技术的操作步骤、方法与要点，旨在为相关检测提供参考。

参考文献

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