谈探地雷达在城镇道路路面厚度检测中的应用

乔 燕 燕

(太原市市政公共设施管理处，山西 太原 030002)

·道路·铁路·

谈探地雷达在城镇道路路面厚度检测中的应用

乔 燕 燕

(太原市市政公共设施管理处，山西 太原 030002)

在简述地质雷达基本原理和工作方法的基础上，以某新建城镇道路路面厚度检测为例，对地质雷达在沥青道路路面厚度检测方面的应用情况进行了论述，通过研究分析，提出了检测过程中存在的问题，以推动探地雷达技术在道路探测中的不断发展。

地质雷达，城镇道路，路面厚度，探测

随着现代社会科学技术的发展，城市道路交通也在不断完善，沥青混凝土路面作为城镇道路主要路面结构形式，路面厚度是施工过程中质量控制及施工验收检测项目的主控项目之一。传统的钻孔取芯法属于破坏性检验，存在抽样数少、代表性差、费用高、检测速度慢等弊端。而探地雷达技术属于无损检测，具有精确、直观、快速而经济的优势，而且雷达波频率高、波长短、分辨率高,还可实现非接触性连续测量。虽然这项技术已于20世纪80年代后期在公路工程中得到很好的应用,但由于城镇道路存在地下管线多样化、地质条件比较复杂，导致电磁波传播过程受到地下和路面交通设施的干扰较多，因此探地雷达技术在城镇道路探测中还处于探索阶段。

1 基本原理和方法

探地雷达检测沥青面层厚度属于反射波探测法，运用1 GHz～2 GHz空气耦合天线，采集电磁波在空气与路面中的传播，假定沥青层中电磁波传播速度固定不变，理论意义上将反射界面划分为两个层面，采用波的传播原理对两个界面进行纵向的分层追踪进而得到沥青层厚度值(见图1)。

因此根据地质雷达记录的沥青层上面层与下面层反射波的双程时间差ΔT，即可据公式计算出沥青层厚度值：

H=v·ΔT/2。

其中，v为电磁波在沥青层的传播速度,cm/ns;ΔT为电磁波在沥青层上、下面层反射双程时间差，ns。

相对于雷达所用的高频电磁波而言，面层所用的材料都是低损耗介质，属于非磁体、非导电介质，速度可以简化为：

其中，c为电磁波在大气中的传播速度，为30 cm/ns；εr为面层相对于空气的有效介电常数，它取决于构成面层的所有物质的介电常数，与构成面层的沥青混合料的产地、配合比、湿度、压实度及设计参数等密切相关。

2 实践应用

2.1 检测过程

1)进行厚度检测前，对所采用的测距轮按照相关规定进行标定，取得标定参数值。

2)根据要求选用2 GHz空耦天线对沥青路面厚度进行检测，安装好测距轮，连接天线，保证天线距离路面43 cm～45 cm，固定好天线，保证天线与路面平行。

3)开启主机，新建文件，根据实际检测情况，设定合适的测距轮标定参数、滤波参数、延时参数、时窗等参数，在天线下方放置薄金属铁板，铁板中心位置与天线中心位置垂直对齐。在车辆不行驶状态下，先采集一段雷达数据，接着模拟车辆行驶状态，以尽可能大的幅度尽量一致的频率颠簸车辆，采集一段数据，即形成铁板文件，作为路面找平的依据。

4)拿开铁板，汽车启动，在不改变采集参数的情况下，依据道路车道分布采集雷达数据，并做好记录，必要时进行人工手动打标。

5)关闭主机，拆卸天线及测距轮，按位置存放相关配件。

2.2 数据分析

1)将制作的铁板文件运用标定模块形成标定文件。2)运用标定文件对所采集的数据进行路面找平，并对找平后的文件进行交互式解释，对沥青路面下面层与结构层的分界面进行点拾取。3)实际分析时，取一段比较平缓的路段所钻取芯样高度，反算传播速度，对整个层信息进行速度修正，即可导出层文件，得到路面面层厚度值。以太原市某条新建城镇道路为例，地质雷达检测沥青混凝土面层得到的剖面图如图2～图4所示。

依据采集数据，在检测路段现场选取一段比较平缓的路段作为代表，随机钻孔。钻芯孔号换算速度表见表1。

表1 钻芯孔号换算速度表

根据钻孔所得芯样高度计拾取位置的双程时间，软件会反算出电磁波在沥青层的传播速度，根据这两组验证数据，可以采用速度11.5 cm/ns进行整层修正，即得到整个剖面内沥青面层的厚度值。

3 存在问题

1)铁板文件作为标定文件的源文件，在制作过程中存在许多人为的因素，比如颠簸幅度无法具体实施，频率不能保证完全一致等，都可能引起最终结果的误差。

2)钻孔的目的在于采取合理的传播速度，但引起波速变化的原因很多，如沥青面层材料配合比、强度等。在实际检测过程中波速是难以控制的变化量，电磁波在面层厚度范围内的传播速度不可能为一个定值。特别是采取某一个固定的传播速度对整段城镇道路路面厚度进行修正，不太合理。目前常用的校核办法都要借助试验段与钻孔取样不断对比，才能保证高精度，但对于城镇道路，路线短，尤其对于新建道路，如果采用此方法，没有体现探地雷达检测的优势。

3)采用探地雷达进行无损检测后，还要采取原始的钻孔进行反算速度，对于工程规模较小的城镇道路，反而不太经济。

4)对于检测频率的确定，目前没有明确的标准规定。依据CJJ 1—2008城镇道路工程施工与质量验收规范规定，按照1 000 m2取一个点，但雷达检测技术为一个连续剖面式的检测方式。在公路上的应用比较成熟，依据JTG F80/1—2004公路工程质量检验评定标准双车道每200 m测1处，但对于城镇道路，路线短，宽度窄，一般会出现每个车道取1个点的情况，而1个点不足以代表该车道路面厚度是否符合规范要求。

5)测距轮显示的位置为检测路线的相对距离位置，不能准确的定位，对点进行实地放样，在钻孔取样反算时存在一定的误差，对于弯道较多的城镇道路，尤为明显。测距轮的标定长度在检测过程中也会对整个长度产生误差。

4 结语

探地雷达技术在公路工程中的应用已经较成熟，但对于城镇道路领域涉足尚浅，在不断对比参考的过程中，还存在一定的区别。只能在不断实践中，深入研究，编制出适合于城镇道路的相应规范标准。探地雷达技术路面厚度检测中，能否取代钻孔取芯的方法，在沥青路面和水泥混凝土路面上存在差异性。

[1] 金 峰，张金荣.探地雷达在路面厚度检测中的应用浅析[J].山西建筑，2008,34(26)：291-293.

[2] 李志强.地质雷达检测沥青路面厚度误差分析及校核方法[J].道路工程，2009(2)：86-88.

[3] 曾昭发，刘四新.探地雷达原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2010.

Discussion on the application of ground-penetrating radar in urban road pavement width detection

Qiao Yanyan

(TaiyuanMunicipalPublicFacilitiesAdministrationDepartment,Taiyuan030002,China)

On the basis of describing basic working principles and working methods of ground-penetrating radar, taking the new urban road pavement width detection as an example, the paper discusses the application conditions of geological radar in asphalt pavement width detection, and points out detection problems, with a view to promote the growing development of ground-penetrating radar technology in road detection.

geological radar, urban road, pavement width, exploration

2014-11-25

乔燕燕(1984- )，女，硕士

1009-6825(2015)04-0121-02

U416.2

A