地质雷达在道路厚度检测中的应用

赵小强

（浙江省交通规划设计研究院有限公司， 浙江 杭州 31000）

探地雷达相较于传统道路结构厚度检测方式有着高效、快速、无损、直观等优点，而且能够连续性的检测，此外，对于道路不同结构层之间的分界面都可以使用探地雷达检测，这样就能够了解不同结构层的不同厚度，并进行深入的分析。所以对于检测道路结构厚度这项工作来说，应用探地雷达技术是非常重要的，能够针对工程进行安全隐患的判断，在后期维修维护的过程中也更加的方便。

1 探地雷达技术

1.1 探地雷达的分类

在检测道路结构厚度的过程中，使用最多的探地雷达技术有三个类型。第一调频式，第二步进式，第三脉冲式。前两种类型是在控制振荡器的基础上调节雷达的发射频率进行检测工作的。这两种类型大多数都会应用在浅层道路结构的探测之中。如果道路结构较为复杂是多个分界面的，就要使用第三种类型进行检测。因为前两种类型收集到的数据并不够精确分析的结果也不够精准。所以，当前使用最多的探地雷达类型就是脉冲式的。因为这种类型既可以进行简单道路结构的检测又可以进行复杂道路结构的检测。在工作时，会通过雷达的天线结构发射电磁脉冲，在空气传导的过程中能够深入到道路结构的内部，之后在介电常数改变的地点反射，这样得到的电磁脉冲信号就十分的精准，计算之后就能够得到路面结构的厚度尺寸。这种脉冲式的探地雷达类型能够对于不同结构层次的尺寸进行检测，而且处理电磁脉冲信号也比较简单，所以广泛的应用在道路结构较为复杂的检测工作之中。所以本文将重点分析脉冲式的探地雷达类型。

1.2 探地雷达的组成

一个完整的脉冲式的探地雷达设备是由多个部分组成的。其中有主机、电源、接收发射的天线结构、数据储存设备等等。在检测道路结构厚度时，电磁脉冲波会通过雷达控制的单元发出，在收发器的控制下电磁脉冲波会进行调制放大，天线发射装置会把电磁脉冲波传导到道路结构之中。在道路的表面和结构层之中，电磁脉冲波会产生反射传导，接收天线装置又把传导回来的电磁脉冲波接收。这些电磁脉冲波会通过控制单元进行信号分析最终成为数字信号，储存处理之后就会在显示屏上投放。在调整发射频率的时候，既可以根据时间为间隔又可以根据距离为间隔。在实际发射时，需要利用测井传感器，根据距离进行间隔发射。

1.3 探地雷达工作原理

电磁脉冲经由雷达的天线结构发射出去，在空气传导的作用下，到达道路的表面，以及结构之中。因为在不同的介质下电磁脉冲的介电常数不同，所以电磁脉冲在介电改变的情况下就会反射回去，接收天线装置就会接收反射回来的电磁脉冲进而得到一条扫描线。以测量道路的结构厚度为例子，连续测量工作开展的过程中，不同的扫描线会接连重叠在一起最终形成测量剖面。在非磁性介质之中，传播电磁脉冲波时，只有借电常数会影响到反射系数。所以在传播电磁脉冲波时，遭遇的介质不同，产生的频率各不相同，变化也十分的明显。根据这一特点，就能够分析道路结构是否出现了异常，从而更好地进行检测工作。

2 实践应用

2.1 检测过程

1）检测厚度之前，要在相关规定的基础上标定测距轮，得到标定参数值才可以开展后续工作。

2）一般情况下，当被测路面标称厚度小于10cm 时，通常选用频率不小于2GHz的雷达天线；标称厚度为（10—25）cm 时，通常选用频率不小于1.5GHz 的雷达天线；标称厚度大于25cm 时，通常选用频率不小于1GHz 的雷达天线。高速公路沥青路面总厚度一般都在18—20cm，选用频率不小于1.5GHz 的雷达天线。

3）打开主机新建文件，在实际检测的基础上，设定各项参数。例如，延时参数、测距轮参数、滤波参数等等。之后把薄金属铁板放置在天线的下方，要确保铁板和天线的中心位置能够垂直对齐。

先采集一段车辆不行驶状态下的雷达数据，之后模拟行驶的状态，保持车辆在颠簸的过程中，处于最大幅度的一致频率，再把这些数据采集下来。最终形成了铁板文件，这也是路面找平的主要依据。

4）汽车启动之前要拿开铁板。在采集参数不变的情况下，分布采集记录道路的雷达数据，必要情况下，必须要采取人工手动打标。

5）关闭主机卸掉天线和测距轮，根据不同的配件摆放位置，合理的存放。

2.2 数据分析

1）应用标定模块在铁板文件上生成标定文件。

2）在标定文件的基础上，依据采集到的数据，进行路面找平，之后交互式的解释找平后的文件，点拾取各结构层的分界面。

3）实际工作开展的过程中，要想计算出传播高度，可以在较为平缓的路段取芯样高度，之后反算。这样就能够速度的修整过程的信息，最终导出层文件，这样也能够计算出路面的面层厚度值。

3 存在问题

2）钻孔的主要目的就是为了合理的控制传播速度，但影响波速变化的因素是多种多样的。例如，沥青面层材料的配合比以及强度等。实际工作开展的过程中要想控制播速是非常困难的。在一定的面层厚度范围之中，无法把电磁波的传播速度设为一个定值。在修正道路路面厚度的时候，要想采取固定的传播速度值，是不太合理的。当前采取的每一个校核方法，都是在实验段和钻孔取样对比的过程中确定的，只有这样才能够确保高精度。但很多城镇的道路比较短，尤其是一些新建设的道路，如果采取这种方式，就无法充分的发挥探地雷达检测的作用。

3）利用探地雷达，开展无损检测工作后，会采取原始的钻孔计算速度。一般的城镇道路工程规模比较小如果采取这种方法，是不能获得较多的经济效益的。

4）根据CJJ1—2018 的相关规定，要按照1000m2 取一个点，但是，雷达监测技术能够呈现连续的抛面，在公路的应用比较多。根据JTGF80/1—2017 相关的评定标准，要在双车道的每200 米处进行一次检测，但很多城镇道路比较窄线路比较短，所以，在每一个车道取一个点，但这种方法还是不符合相关规范的。

5）检测路线的相对距离位置就是侧轮距的位置，但并不能够准确的定位，所以在实地放样钻孔取样时可能会出现误差，尤其很多城镇道路弯道比较多，这种情况就更加的明显。在检测时标定的测轮距长度也有可能会带来长度误差。

4 结束语

1）对于检测道路厚度结构时所采取的雷达检测技术的基本原理进行分析后。对比了钻孔取芯和雷达监测技术。发现在实际应用的过程中，探地雷达能够更好地应用在公路厚度结构的监测中。

2）雷达监测技术的精确度较高，具有无损、快速的特点。能够在规范道路建筑的过程中提供更多的技术支持

3）地质雷达测试技术，具有无损、连续性的特点。在探测能力允许的范围之内还可以监测路面的厚度，路面材料的弹性、路面的密度等，从而更好地进行质量的控制。但是这种技术还要和钻探、勘探等多项工作结合在一起，这样才能够充分的发挥作用。所以在使用地质雷达技术时要考虑到工程的实际情况，以及出现的具体问题，从而选择最合适的勘探方法。