探地雷达在公路检测中的应用

探地雷达在公路检测中的应用

发表时间：2018-09-17T15:24:06.533Z 来源：《基层建设》2018年第25期作者：朱学荣

[导读] 摘要：探地雷达是探测地下目标的无损探测技术，具有探测速度快、分辨率高、可连续探测、操作方面灵活、费用低等特点，在我国工程勘察中应用愈发广泛。

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摘要：探地雷达是探测地下目标的无损探测技术，具有探测速度快、分辨率高、可连续探测、操作方面灵活、费用低等特点，在我国工程勘察中应用愈发广泛。现就探地雷达勘探技术工作原理、测量参数以及探地雷达在公路检测中的应用展开总结性分析，以提升业内同行对探地雷达的应用认知。

关键词：探地雷达；公路检测；工作原理；测量参数；应用

交通是国民经济发展中的基础产业，所谓“交通带来经济”，不仅提升了国民生活水平，同时也加速了整个社会经济的发展。加强公路工程质量、运行状态的检测，是维持我国公路建设发展的重要内容，同时也是确保交通安全的重要途径[1]。探地雷达技术的研发在公路检测工作中起到了重要作用，保障了公路工程质量与公路工程的实时维修，减少了因质量引起的重大事故，现就探地雷达在公路检测中的应用展开分析，提出几点对该技术的认识，为业内同行提供参考。

一、探地雷达勘探技术的应用原理

探地雷达（Ground Penetrating Radar，GPR）又被称为探测雷达、地下雷达、地质雷达、脉冲雷达等，指的是面向地质勘探目标，借用高频脉冲电磁对地质目标内部结构的探测方法，具有高精度、高效率、无损等特点。探测中通常具备发射部分与接收部分，前者主要用于高频脉冲的产生与发射，而接收部分则由接收机、信号方法器、接收天线、信号处理等设备组成，主要借用电磁波对不同介质的折射、绕射、反射、散射、吸收等物理现象完成检测，其应用机理主要为：借助不同频率电磁波可随着不同介质传播速度差异性等特点，探地雷达通过向地下发射高频电磁波，以获得低些不同介质的反射波，并完成信息的分析，最终绘制出该区域雷达图形，以便于工程施工期间对地下介质实际情况的了解。

在公路工程检测期间，公路基层、面层、路基等材料介电常数均不同，这为探地雷达的实际应用创造了先决条件。电磁波在传播期间，在遇到差异性介电常数时可出现反射情况，介质的不同介电常数也不一致，如空气介电常数多为1，公路面层沥青、混凝土则分别在4~7左右，公路路基、基层则多数超过8[2]。此类明显的介电常数划分为探地雷达监测提供了重要技术支持。通过获悉电磁波反射时间、脉冲波形。、速度等测量，可准确获得公路各项基线参数，以此判定异常物位置，路基密实程度、路面材料厚度等。

二、探地雷达测量参数影响

1、地界面的回波

探地雷达检测中，界面回波信号是反应道路介质的主要参数，但由于公路原始波形相对复杂，如何区分路面与路基反射回波，是探地雷达技术的主要探究内容。事实上，目前绝大多数干扰波表现稳定，在实际勘探期间均有对应的措施进行干预，减少对反射波的影响。在探地雷达的使用中可对含界面反射波、非含界面反射波予以不同回波信号分析，以便确定底界面回波信号，获悉底界面回波时间，值得注意的是，操作中需充分应用已获得探测点进行探测参考，并比对探测图像中多个探测点，或利用已获得的反射波形展开区分、确定。

2、确定地面零点

如何确定地面零点是公路工程测量中重要内容，可对道路地面厚度检测结果造成直接影响。实际工作期间，主要借助金属板进行地面零点的确定，即：于天线下方置放金属板，以此在显示屏中获得全反射波形，通过比对雷达波与路面发射波，以确定地面零点情况。

3、标定介电常数值

路面介电常数值在很大程度上直接决定了路面厚度值的准确性，在探地雷达勘探中意义重大。但因路面材料结构、密实程度、潮湿度等因素差异，均会对路面介电常数值造成影响，以至于引起整个探地雷达勘探作业的正常开展。因此，在钻孔取样中应选在探测图像均匀的地方标定介电常数值，以确保检测结果的可靠。其次，特殊地段，如面层较厚与较薄的介电常数值同样存在差异性，因此在取样标定期间，需选择对应的介电常数值，以确保探测精度，不仅如此，在整个施工前，应综合考虑整体路面的结构变化与材料更换情况，以保证介电常数准确性。

4、正确选择天线频率

探地雷达在勘探期间，路面厚度的不同可对其天线频率造成影响，如高速路段的建设，其路面硬度要求为25.0cm，而普通路面厚度则仅需15.0cm即可，因此施工期间其具体数值应选择适宜的天线中心频率，以满足施工期间对接受天线的要求，保证反射波清晰与最佳探测效果。另外酌情考虑天线宽度与路面最小尺寸对天线频率造成的影响。

三、探地雷达勘探技术的应用

1、检测路面层厚

在整个公路工程质量的评估中，公路路面厚度是主要评价内容，采用探地雷达技术检测公路路面厚度具有必要性，是确保公路面层厚度符合工程设计的关键，同时利于公路后续的使用、维护、修复等工作的开展。在检测路面厚度中，探地雷达主要利用电磁波在曾界面反射时间、传播速度等因素综合考量，并随着探地雷达设备、仪器、技术等进步，为整个检测工作精确性提供了助力。探地雷达在使用中其无损性优势，在很大程度上避免了传统钻孔取芯的局限性，如减少对路面的损害、增加了施工工作量、降低了工作效率等。在有关数据调查中显示，我国探地雷达检测路面厚度误差率仅在3.0%左右，在保留检测客观性、准确性的基础上，减少了人力与经济的不必要浪费[3]。

2、总结路基病害

路基病害是造成整个公路质量的基础因素，广泛存在于现实工程中，不仅可导致面层；裂隙、层面脱空等路面变化，甚至引起面层二灰结石层、路床及其床下软弱，对整个公路造成更大危害性。探地雷达勘探利用电磁波探测，可发现路基沉降等引起的空洞、暗穴、坍塌等现象，并确定地基软弱层位置，了解其软弱层影像因素，制定有效的解决方案[4]。

3、检测维修质量

公路建设完成后，加强对公路质量的维修、维护是确保工程使用安全的保障，探地雷达勘探技术可实现地质的快速探测，了解公路病害有无针对性解决，加上探地雷达实时成像技术，在公路维修质量方面具有重要意义。