探地雷达技术在公路路面裂缝检测中的应用现状探析

弥苗苗

摘 要：道路建设与养护对于经济稳定发展以及确保公路交通安全通行具有重要保障作用。公路路面的整体质量以及裂缝情况直接影响着后期的使用效果，使用先进技术快速、精准的检测公路路面的裂缝现状有着现实意义。通过对弹力雷达检测技术理论分析，以及探索该技术在公路路面裂缝中的应用，从而掌握这一新兴技术在路面检测工作中的可靠性与准确性，结果显示在公路路面裂缝检测中合理使用探地雷达技术有着明显的积极作用。

关键词：探地雷达技术 公路 路面裂缝 检测应用

1 引言

随着城市交通运输量以及建设规模不断加大，受到城市环境与城市交通发展等因素影响，公路路面出现了更多的裂缝病害问题。公路路面裂缝问题直接关系着公路的使用性能与行车安全性，再加上路表积水顺着裂缝不断往下浸泡，道路内层的半刚性基层被侵蚀现象越发严重，最终导致路面基层失去承载功能与可靠性，从而引起脱空、卿浆等次生问题，对于公路整体运行效率而言影响较大。另外，有裂缝的公路还会受到车辆的温度与荷载影响，从而促使裂缝不断扩散，进一步降低路面的使用期限和稳定性。基于此，使用探地雷达无损检测技术，能够精准检测道路裂缝，从而为裂缝问题提供有效的应对方案，以确保公路运行的可靠性。

2 探地雷达技术应用原理及构成元素

2.1 应用原理

探地雷达技术就是一种运用高频无线电磁波来确定某个介质内部物质分布特征的探测技术，不一样的天线探地雷达具备着不同的频率范围，并且该部分直接关系着探测的分辨率和最后的检测深度。运用探地雷达技术对道路内层发射高频电磁波后，在电磁波全程传播当中，若是出现电性差异比较明显的地下介质以后，发射出的电磁波就会产生相应的反射，并将相关数据信息传递到上方的电磁波，从而被天线有效接收到，利用先进的大数据技术深度分析和处理接收到的雷达回波信号，探究其实际特点，便能获得路面内层的所有密实度、厚度以及存在的裂缝问题等[1]，雷达探测示意图具体见图1。

在雷达检测过程中，因为高频电磁波会穿过路面内部结构之后穿梭在各种介质层中，就会出现一定的反射或者折射情況，进而影响着高频电磁波的波形和振幅，通过这样的显示特点便能精准判断路面结构的具体数据与信息[2]。

2.2 探地雷达技术构成元素

发射器：该部分可以充分保存相应能量，同时能够获取短期释放，从而形成相应的单周期雷达信号和脉冲，借助技术内部当中的分离器，便能对天线传递相关数据，随后借助天线完成电磁波对路面系统传送信号环节。

接收器：该部分的主要功能和作用就是有效收集反射信号，还可以逐渐扩大收集到的相应信号，随后促使信息传导到处理器中，对收集到的信号进行有针对性的分析和处理。

天线：在道路检测中有效应用低碳雷达技术，可以实时接收电磁波发射出来的相应信号，针对探地雷达技术相对应的天线一共分为两种，也就是地表耦合型与耦合型[3]。

分离机：在电磁波射频发射当中，将借助分离机来连接发射器和天线，与此同时还可以在处理短时发射情况的同时，并切断发射器和天线之间的连接，从而把接收机和天线之间连接在一起[4]。

3 路面检测现状及问题

3.1 工程概述

甘肃省某市某道路的路面结构主要是13cm的水泥砾调平层，其混凝土主要为7.5cm的浙青混凝土、加上16cm的水泥碎石基层、还包括了15cm水泥砂確底基层[5]。早在十几年前，该公路就已经建设投入使用，因为此公路所处的地段有着非常丰富的石料资源和矿产资源，其周边就有一座水泥厂和多处煤矿，所以该道路的超载以及承重情况比较突出。现如今，由于该公路的使用期限与负荷运营超出预期，并且很多路面已经出现了各类病害问题，例如龟裂、纵横向的裂缝问题、大面积块状裂缝病害等[6]。近几年已经此公路进行了有效修复，并在路面添加了2.5cm厚度的沥青混凝土，以此覆盖在表层，但是这样的修复方式仅仅能够改善道路的表面功能，针对道路实际结构的强化效果并不明显，很难有针对性的应对路面结构裂缝和开裂问题，所以还需要制定更有针对性的修复方案。结合实际情况使用先进的检测技术探测该道路的病害问题，比如有效使用探地雷达技术进行检测，并为道路病害问题制定专业的应对措施和后期保养方案。

3.2 路面检测现状

一般情况下，在公路路面检测中，相关施工人员会按照国家执行的标准规范开展检测工作，确定路面的各项性能，客观评估路面实际运行状况。在路面维护中可能会使用灌砂法填充路面，然而其中包含了较大的细沙体系，这会不断增加地基之间的孔隙，很容易产生密实度不满足要求的现象，并且路面在实际应用中很容易出现裂缝、下沉等问题，严重情况下还会发生安全事件。而利用先进技术检测路面实际情况与质量问题，可以在数据分析中了解路面的承载力与裂缝情况，进而实施有针对性的应对方案提升路基的稳定性。然而现阶段很多领域更加注重于公路新建，缺乏有针对性的路面养护工作，造成路面寿命减缩，严重影响地区经济发展与人们安全出行。重视新建忽视检修的思想主要体现在建设资金较多、维护成本较高，养护设备较差，检测设备与技术落后。精准的检测数据可以为养护工作提供数据参考，但是不管是检测技术还是检测设备都有一定的局限性，这与公路路面检测重视力度有着密切联系。为此，要想保障公路安全运行，提升路面运行的经济效益和社会效益，必须要借助更加先进的路面检测技术，深度分析公路路面内部结构存在的问题，及时进行养护与检修。

3.3 技术应用问题

采集、分析和处理数据工作相对复杂，在分析探地雷达技术检测数据时，必须要全面掌握专业是数据分析和处理软件，以此加大了实际操作难度。在使用探地雷达技术时，需要选择符合技术应用的环境开展检测工作，如此才能提升数据的精准度。探地雷达技术需要高标准的设备设施，这样才能保障数据采集的真实性与精准性，以上问题都会影响探地雷达技术的实际应用效果。

4 探地雷达技术应用分析

4.1 路面裂缝检测关键点

4.1.1 天线中心的频率

在公路道路检测工作中有效应用探底雷达技术，还需要合理协调系统参数，其中，最关键的参数之一就是天线中心频率，此部分直接影响着系统检测的分别率与检测深度。为了进一步提高到了检测的准确率，必须要合理使用不同的天线中心频率来有效检测公路路面的实际状况，进而深度分析检测结果，以此获得最标准的频率数据。在实际应用探地雷达技术时，要选择频率最高的天线，还要结合实际情况确定天线大小。通常而言，如果天线中心频率更高，那么道路的检测深度就会更深，则分辨率也就更高。例如对于检测深度达到5m时，则需要控制天线中心频率在100MHz左右，以此可以精准定位公路路面中的裂缝位置，还能识别出基层的整体结构，最终可以评估出内部结构的含水量与裂缝状况[7]。

4.1.2 设置测线

在正式检测之前，相关人员可以提前设定测线位置，不断试验测线方向，以此保证检测结果的准确率，并且在实际检测过程中，相关人员有必要结合试验检测结果和实际情况，合理使用剖面检测方法开展工作，整合频率不同的天线组建成屏蔽天线，从而融合天线频率，明确更多参数。在本次检测过程中，可以使用中心频率在100 MHz——400MHz之间的天线，以此组建成屏蔽天线组合，把辐射的时间宽度控制在2.5ns、5.0ns、7.5ns，同时逐步加大，将向下的辐射距离把控在0.25m、0.50m、0.75m，如果需要检测的公路裂缝情况非常严重，整体情况在不断加剧中，那么需要结合实际情况慢慢加大测线密度，以此保证检测结果的精准度和真实性[8]。

4.1.3 检测速率

在公路路面检测工作中应用探地雷达技术时，其中的检测速度表示为天线移动的速度，该元素直接影响着和雷技术扫描的精准度，如果天线的整体移动速度加快，那么在检测过程中便会出现信号缺失的情况，从而导致公路路面裂缝问题具体影响原因难以识别到。若是天线的移动速度过慢，则公路路面的监测质量便能得到相应保障，但是这样也会制约检测作业的效率。因此在检测之前必须要开展检测试验活动，明确最合适的检测速率，防止因为检测速度控制问题而影响探地雷达技术的应用效果，影响最终的检测结果。

4.2 裂缝检测模型

4.2.1 数值模拟

因为本次检测的公路路面結构主要为半刚性基层和面层，其中有两中材料比较相似，而且单层最大的厚度一共有16cm，所以在设定相关参数时，可以把天线的频率限制在1000 MHz。对于面层与基层当中的介电常数，特别是裂缝当中的介电常数，也可以将其表示为空气介电常数，对于该部分的计算公式如下：

在本公式当中，代表了光速，速度达到了；其中的表示为波速，单位为m/s；则代表了芯样的厚度；反映了道路测试时间。当芯样厚度达到16cm后，对于基层的测试时间一共有4.5ns，而面层测试时间则有2.5ns。因为道路中的空气本身并没有导电性能，所以电导率是0，而基层和面层的导电性比较差，所以电导率可以控制在0.001s/m。

为了区分不同宽度路面呈现出来的反射电磁波信号，可以模拟宽度适合的裂缝，该裂缝内部的介质主要为空气，并且裂缝的垂直方向将会不断延展到基层部分，模拟具体结果比如图2、图3所示。

4.2.2 模型分析

结合上文提到的裂缝模拟演示，从理论上来看，探地雷达技术很难准确识别宽度有8cm以下的裂缝；但是基于图像而言，该技术也不能精准定位宽度为8cm以下的裂缝严重等级，所以要想精准定位路面裂缝情况，一定要提前处理那些细小的裂缝问题。根据探地雷达技术，其内部能够在裂缝定位中发射出相应振幅，而该结果和没有裂缝情况的路面形成的振幅差异相结合之后，便能有效识别和定位实际裂缝情况。围绕模拟最终结果来分析，可以了解到反射波的振幅和路面的裂缝宽度呈现正比关系；如果路面中的裂缝宽度不断变化或加宽，则反射波的振幅变化不明显，体现了路面裂缝的宽度变化对发生振幅变化的影响强度在慢慢变弱，深度分析裂缝跨度与振幅之间的关系，可以进一步明确影响反射波振幅变化的各种元素与指标[9]。

4.2.3 实际检测分析

结合模型最终结果分析，我们可以知道路面的裂缝宽度直接关系着反射波的振幅变化，为此，可以选择本次检测道路中的裂缝路面和适量的芯样进行现场实测，结果发现，芯样的检测结果和探地雷达技术的检测结果不同，说明了该技术能有效识别宽度不同的裂缝情况。另外，在实际检测中可以发现，芯样检测结果显示路面裂缝宽度直接关系着反射波的振幅变化，并且当路面裂缝逐渐加宽之后，其对于反射波的影响力度逐渐变弱了，其结果和探地雷达技术检测结果一致。

5 结论

在公路路面裂缝检测工作中有效应用探地雷达技术，可以进一步提高整体检测的准确率，可以在路面检测工作中得到有效使用。随着城市发展速度加快，公路道路探测技术得到深度创新和发展，合理使用探地雷达技术可以有效缩短检测时间，同时强化检测精准度，实现无损采样目的。再加上探地雷达检测结果能够很好达到如今质量检测标准，是高效的探测新技术，能够科学全面的评价公路项目情况，因此借助该技术明确道路中的实际裂缝问题，精准掌握裂缝数据，从而制定并实施有针对性应对措施，能够不断提高公路路面的承载能力，确保道路所处区域车辆运行的安全性与可靠性。

参考文献：

[1]黄鹂.三维探地雷达在道路裂缝检测中的应用探析[J].科学与信息化，2023（9）：46-48.

[2]孙东风.无人机探地雷达国内外应用探析[J].黑龙江科技信息，2021，000（018）：68-69.

[3]王新强.激光雷达测绘技术在工程测绘中的应用探析[J].地矿测绘，2021，4（1）：33-34.

[4]许恒.探地雷达在桥隧工程检测中的应用性研究[J].工程技术研究，2022，4（7）：67-69.

[5]韩海航，迟凤霞.卷积神经网络在道路裂缝检测中的应用[J].科技创新与应用，2021，000（005）：176-178.

[6]沈祥坤.探讨高速公路沥青路面裂缝处治技术管理[J].地产，2021（7）：0087-0088.

[7]段荣鑫.TOF技术在路面裂缝自动检测中的应用[J].内蒙古科技与经济，2021，000（021）：98-99.

[8]聂启明.高速公路路面超薄抗滑表层施工探析[J].交通世界，2023（8）：47-49.

[9]程彬.基于BP神经网络的公路路面裂缝识别技术[J].交通世界，2023（12）：35-37.