探地雷达在高等级公路质量检测中的应用

蒋 涛 夏友军

(江苏省交通规划设计院股份有限公司，江苏 南京 210014)

1、引言

从上个世纪的60年代开始，人们就开始把雷达技术应用到土壤性质的调查当中，后来又将其应用到了地下岩石性质的调查里面，真正的商用雷达系统则是在上个世纪的70年代研发出来的，这套系统的主要设计目的是可以直接用来对地面进行相关探测，于是我们就将其称之为探地雷达。

2、探地雷达进行地面检测的主要原理

探地雷达所发射出来的那些具有高频率的电磁波可以直接的穿透地面以下的材料，这些穿透过去的电磁波中有一部分会从地下介质中介电常数发生突变的地方反射回来，利用反射回来的电磁波就可以计算出这个界面的实际位置，以及这个界面所具有的介电常数是多少，然后将其代入到系统当中进行处理，经过准确的分析和计算，就可以确定出公路路面结构所具有的厚度，同时也可以找出路基路面结构层当中存在的缺陷。

2.1 路面结构层厚检测原理

探地雷达对各向同性沥青类的路面进行检测时，其原理可以参考图1。其中，雷达波1、雷达波2和雷达波5的发射点分别是地表面、二灰碎石的表面基层结构以及路床顶面，而它的反射波所具有的实际波幅也是逐渐的变强，这些波幅的具体值我们分别用A1、A2、A5来进行表示。那么，沥青面层上的介电常数值就可以用下面的式子来表示:

在这个式子当中:A1所代表的就是从公路地面上反射出来的电磁波的实际波幅电压，单位用V来表示;Am则表示当用一块巨大的金属板直接铺在路面当中的时候，百分之百全部发生反射的时候所具有的波幅电压值，单位也是V。那么，此时路面层的具体厚度值就可以通过下面这个式子来进行计算:

在这个式子当中:h1代表的就是整个沥青路面面层所具有的实际厚度值;c则指的是探地雷达波在进入到空气里面之后的实际速度;Δt1则指的是波幅A1，A2之间，当它们发生了反射波之后，中间的时间延滞。

2.2 病害和缺陷检测原理

在修建不同等级公路的过程当中，其路基路面的基层上是最容易出现一定的病害和缺陷情况的，而这些病害缺陷的主要一个类型就是裂缝，其次是对于松散岩石类的破坏。在对这些地方进行检测的时候，如果发现在路面层当中存在缺陷，就说明这个层当中的介电常数值已经发生了突变的情况，并在其中形成了一个界面，而这个时候就一定会出现另外一个反射波。

3、探地雷达在公路质量评定时的应用

在对一些等级比较高的公路进行路面质量评定的时候，决定路面结构层所具有的实际沉弯强度和极限值的最主要因素就是路面的厚度，同时，厚度与沥青材料的使用量也是息息相关的。在我国现行的《公路工程质量检验评定标准》当中，规定对路面的结构层厚度要进行必要的、定期的检查，而具体的检查办法是每200m或者是每车道设立一个检查点，对这个检查点所在的路面进行挖验或者钻芯取样，通过这样的检查，就可以通过比较来统计和确定出整条公路路面实际厚度的代表值;那么，在对整个路面质量进行评定的时候，如果此代表厚度值是大于我们之前所设计的厚度与我们所允许的偏差值之差，这个时候，就要按照单个检查值所存在的实际偏差是否超过我们所设定的极限值进行判断和评定。而当我们使用探地雷达系统来对路面的质量进行检测的时候，对于刚刚修建完成的路面或者还没有发生任何病害的路面来说，它们路面层上所具有的介电常数及厚度其实还是非常均匀的，于是我们就可以直接采用上面所介绍的公式来对厚度进行直接计算。但是，对于已经运行了很长时间的公路网来说，这个时候它们的面层和基层之上肯定会出现一些介电常数发生突变的地方，而这样的话，我们则必须要首先通过钻芯取样的方法对探底雷达的雷达波进行较为准确的标定，标定完了之后才可以对路面结构层的质量进行检测，之所以要这么做，主要是能够更加充分的来了解路面厚度和各个层面上介电常数发生的变化，从中就可以获得比较全方位的信息。

4、探地雷达在养护决策方案优化中应用

对于一条公路的养护决策方案来说，必须要根据这条公路监测系统为我们提供的实时路况信息来进行，只有掌握了这些信息，才能够对整个路况进行非常仔细的分析，知道那个地方需要进行重点养护，那个地方不需要进行养护，然后就可以帮助我们合理的分配养护资金，并确定出最佳的养护对策和方案。

对于一条公路的管理部门来说，现阶段他们主要是根据路面可能发生的病害以及病害可能造成的影响来判断这个路段是否要进行养护，以及要进行什么样的养护，而在整个的判断过程中，还大多依赖目测的方法。在进行判断之后再对路面的强度进行简单的检测，根据这种检测出来的结果，综合的进行分析，最后就可以做出决定，这样显然是不太科学的。那么，在使用探地雷达的时候，就能够非常快速而且非常全面地对整条公路当中的某个或某些路段进行十分全面的检测和分析，而这种检测和分析结果也具有非常高的准确度。与此同时，如果拿不同的运营时期路基路面结构层发生的不同性能差异来作比较的话，也同样可以很好的了解到路基路面上不同病害在这一时期内的发展，这样就更加便于我们做出更好的养护决策。

［1］潘玉利。路面管理系统原理［M］。北京:人民交通出版社，1988

［2］李祝龙。青藏公路路基路面病害机理研究 ［J］。公路，2001

［3］李淑明。防止反射裂缝的沥青加铺层设计方法 ［J］。华东公路，2001