浅谈探地雷达法检测路面结构层

浅谈探地雷达法检测路面结构层

【摘要】以探测雷达在某高速公路上的路面结构层缺陷检测为例，阐述了探测雷达在路面结构检测的原理、方法、数据结果分析等。

【关键词】探测雷达；路面结构；检测

１路面结构层缺陷检测的意义

随着我国道路交通量日益增大，车辆迅速大型化以及超载现象，使公路路面面临严峻的考验。因此路面病害检测的作用凸显出来，其中路面结构层缺陷检测是路面病害检测的一项重要内容，通过探地雷达的检测可以达到识别地下目标物和道路结构层内隐伏缺陷的目的。根据病害程度采取相应的补救措施，保证路面的通行质量同时也有利于对公路路面的设计、施工等各方面提供有力的资料和经验。本文通过探地雷达法对某高速部分路段检测为例浅谈路面结构层缺陷检测。

2设备原理

图2.1探地雷达工作原理示意图

探地雷达方法（Ground Penetration Radar，简称GPR）是一种采用短脉冲宽带高频电磁波信号检测地下介质分布的新技术。根据电磁波在有耗介质中的传播特性，通过天线连续拖动的方式以宽频带短脉冲的形式向地下发射高频电磁波，电磁波信号在地下介质内部传播时遇到不同介质的界面时，就会发生反射、透射，其反射系数（反射信号的强度）主要由上、下层介质的相对介电常数决定。上、下层介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大；反之，越小。反射的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，通过雷达主机精确记录反射回的电磁波的运动特征，获得地下介质的扫描图像，通过对扫描图像进行处理，对地质雷达剖面上目标层（体）的反射波时间延迟、波形特征以及剖面的宏观和微观形态组合进行解译，达到识别地下目标物和道路结构层内隐伏缺陷的目的。

电磁波在特定介质中的传播速度V是不变的，因此，根据探地雷达记录上的地面反射波与地下反射波的时间差△Ｔ，即可据下式算出地下异常的埋藏深度Ｈ：

Ｈ＝V·△Ｔ／２（1）

式中，Ｈ即为目标层厚度；V是电磁波在地下介质中的传播速度，由下式表示：

V＝Ｃ／■（2）

式中，Ｃ是电磁波在大气中的传播速度，约为３×１０８ｍ／ｓ；ε为相对介电常数，取决于地下各层构成物质的介电常数。

雷达波反射信号的振幅与反射系数成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数ｒ可表示为：

ｒ＝■（3）

式中，ε1、ε2为界面上、下介质的相对介电常数。对公路检测而言，ε1为面层的相对介电常数，ε2为基层的相对介电常数。由公式（3）可知，雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和中心频率。导电率越高，穿透深度越小；中心频率越高，穿透深度越小，反之亦然。反射信号的强度主要取决于上、下介质的电性差，电性差越大，反射信号越强；反之，越小。对沥青混凝土面层而言，面层与基层（稳定层）存在明显的电性差，可以预期面层底部会有强反射出现。不同面层（上、中、下）之间所用材料也存在细微差别，因此也可以得到较弱的

反射信息。图２.2简单描述了地质雷达检测公路面层厚度的基本过程。

图2.2探地雷达检测公路面层厚度基本流程

3现场采集线路布置

根据现场实际情况和检测要求，对于道路结构层内部缺陷检测，沿行车道轮迹带处布置一条测线（测线布置如下图3.1所示）。

图3.1道路结构层内部缺陷检测测线布置示意图

4探地雷达路面缺陷检测结果

根据现场情况，检测左、右幅行车道，并对局部缺陷区域进行详细检测。此次雷达缺陷检测分别给出左、右幅缺陷的解释结果表（见表1某高速某段道路结构缺陷检测右幅结果、表2某高速某段道路结构缺陷检测左幅结果表）。

道路结构层粘结性结果代表图

图 4.1右幅K283+460～K283+510段雷达剖面图

图4.2左幅K287+940～K287+900段雷达剖面图

5探地雷达结构层厚度检测结果

本次雷达检测发现：面层铺设比较均匀，基层、底基层局部路段厚度不均、起伏变化较大。本报告列出部分路段路面基层以及路面各结构层厚度变化曲线图（图5.1）。

6雷达检测剖面图与现场取芯验证

通过取芯结果与雷达图对比分析，对上次探地雷达的检测结果给予充分的验证，也对探地雷达的准确性给予强有力的支持（图6.1）。

芯样描述: 裂缝贯通微表处、上中面层，下面层破碎，基层松散、破碎。

雷达剖面图描述：面层上部裂隙，底面破碎，基层破碎。

结果对比：现场取芯结果与雷达剖面图描述一致。

图5.1右幅基层厚度曲线图（K282+585～K282+635）

图６．１右幅K282+586.6位置处的芯样与对应的雷达剖面图

7检测结论

通过对检测数据进行综合分析，此次检测得出以下结论：

1）沥青面层厚度均匀，个别路段存在裂缝、离析现象，基层与底基层间粘结不密实，基层厚度不足。

2）基层左幅K287+940～K287+900段厚度变化较大，厚度差值在10cm以上；基层与底基层间部分路段存在粘结不密实、裂缝、局部破碎现象。

8结语

在探地雷达在路面结构层检测中的应用来看，不仅检测结果与取芯结果具有很大的相关性，而且对于区段的检测评价也非常可靠，并且探地雷达法更加快速、高效，对路面结构不造成损害，因此完全可以替代现行的钻孔取芯。

【参考文献】

［1］中华人民共和国行业标准：JTJ073.2-2001 公路沥青路面养护技术规范[S]．人民交通出版社，2001．

［2］中华人民共和国行业标准：JTJ059-95 公路路基路面现场测试规程[S].人民交通出版社．1995．

［3］中华人民共和国行业标准：JTG H20-2007 公路技术状况评定标准[S].人民交通出版社，2007．

［4］吴传海.高速公路沥青混凝土路面破损状况评价方法的缺陷及改进[D]．长安大学公路学院，2007，5（5）

［5］周德军．公路与桥梁检测技术[M]．人民交通出版社，2005．

［6］山东省交通科学研究所．京福高速公路济南西外环段路面维修方案设计报告[R]．2008-1-15．