垒 ：兰 Ｃｈｉｎａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 高新技术 基于探地雷达技术的道路检测探究 杨建金 （杭州宇航交通工程有限公司，浙江杭州３１ １１ｏ０） 摘要：近年来，随着公路事业的大发展，其道路检测技术的发展也越来越快，探地雷达技术在道路检测中的应用也十分广泛。文章 阐述了探地雷达技术，探讨了其在道路检测中的具体应用。 关键词：探地雷达；道路工程；检测；技术 探地雷达方法以其经济、无损、快速而直 观的特点成为浅部地球物理勘察最主要的ｌＴ 具之一。雷达波频率高、波长短、分辨率高，可 ２．１厚度检测 公路结构层的厚度直接影响到公路的质 量。因而公路结构层厚度的检测要求有很高 地质详勘报告，该隧道段岩溶较发育、存在地 质交接的切向断层，为保障隧道掘进的安全 进行，采用地质雷达定期对隧道掌子面和两 实现非接触性连续测量，是目前道路厚度探 测的首选方法。探地雷达类似于探空雷达，它 是利用高频电磁波束的反射探测地下目的 体。由于高频微电子技术和计算机数据处理 方法水平的不断提高，探地雷达技术得到了 长足的进步。 ｌ探地雷达建筑技术概述 探地质雷达技术是一种用于确定地下介 质分布的广谱电磁技术。设备主要由天线、发 射机、接收机、信号处理机和终端设备等组 成。它足探测地表下结构和埋ｉ５｛＝物的新型无 损探测仪器，即利用电磁波对地表的穿透能 力，从地表上向地下发射某种形式的电磁波， 电磁波在地下介质特性变化的界面上发生反 射，通过接收反射回波信号，根据其时延、形 状及频谱特性等参数，解译出目标深度、介质 结构及性质。在数据处理的基础上，应用数字 图像的恢复与重建技术，对地下目标进行成 像处理，以期达到对地下目标真实和直观的 再现。概言之，高频电磁波在介质中传播时， 其波速、路经、电磁场强度与波形将随所通过 介质的电性及几何形态而变化，所以，通过对 时域波形的采集、处理和分析，可确定地下界 面或地质体的空间位置及结构。因此，在发射 和接收天线同步移动、进行探地雷达剖面测 量时．通过测量地下介质中的雷达波传播速 度、振幅、相位就可以确定反射体的深度等参 数。 申磁波在介质面的折射与反射特征，由 折射系数Ｔ和反射系数Ｒ表示，对于非磁 性介质，电磁波垂直入射时，可由下式表示： 揣４６１ ＋√ ＝ ４Ｅｌ ＋、／Ｅｌ 其中，４￣１和４ｅ２分别为上下介质的介 电常数，可以看出，对于非磁性介质，电磁波 的反射特性仅与介质的介电常数有关。探地 雷达发射的电磁波在地层中传播的过程中， 遇到该反射界面就会产生反射波，从而探地 雷达根据不同的反射波的振幅＆相位及频 率特征进行对比，确定路面的结构层厚度及 路基病害。 该技术具有如下优点：１１速度快：公路探 测雷达具有非常高的扫描速率，可实现高速 行驶，不断流密点测量铺设层厚度；２）精度 高：据资料统计，地质雷达对路面厚度的检测 误差在５ｒａｍ左右；３）应用范围广：地质雷达可 用于公路建设的全过程；４）无破损：与钻芯取 样比较，路面雷达的检测对路面不造成破损； ５１操作简便，自动检测软件具有极强的层面 追踪、层厚检测功能。 ２探地雷达技术的道路检测中的应用 一１２一 中国新技术新产品 的精度，探地雷达使用脉冲电磁波检测技术， 侧洞壁进行探测，探测使用天线频率为１００ 具有极高的垂向和水平检测精度，比常规的 ＭＨｚ，该天线能够探测的深度视地质情况最 检测方法有着检测精度高、速度快、检测数量 大达到２５ ｍ，可以满足超前预报的要求，通 多等优点，可以全面评价公路结构层的厚度。 过探测发现雷达波反射信号较强，信号同相 某高速公路结构层设计为，面层采用４ｃｍ中 轴不连续，说明该隧道掌子面前方岩体较破 粒式沥青混凝土上面层、５ｃｍ粗粒式沥青混 碎，掘进时需要注意施工安全，掘进结果表明 凝土中面层、７ｃｍ热拌沥青碎石层。基层采用 地质雷达探测信号和实际工况一致，掘进一 ２０ｃｍ水泥稳定碎石层和３５ｃｍ石灰土基层。 段后洞内出现局部塌陷，由于事先有准备，未 使用探地雷达进行检测的时间ｔ，其反应了雷 出现任何工程事故。不同阶段的探测表明，该 达照射到底层反射回波所用的时间，即电磁 隧道内岩溶较发育，通过探测预报，及时给施 波在路面及基层中的传播时间。根据公式ｈ＝ 工反馈信息，可以说雷达探测确保了工程施 ｖ￣ｔ，可以算出结构层厚度．式中ｖ反映了电磁 工的安全。 波在路面路基中的传播速度，ｔ为探测雷达实 ２．３新建沥青路面的质量检测 际探测到结构层地面的时间，ｈ为结构层的 路面雷达（（脉）结合介电常数仪可用于新 厚度。 建沥青路面的质量控制，包括测试沥青混合 在厚度检测实际的操作过程中，确定地 料的空隙率和沥青层的剥落清空，根据所测 表面线时应注意以下几个问题：１）面层介质 空隙率可进行压实度控制和含水量评价，指 的相对介电常数与下层水稳层的相对介电常 导道路管理部门对路面进行养护与维修。 数必须有一定的差异。差值越大反映的底界 沥青混合料的空隙率（ｗ）是指压实沥青混 面一次回波越明显可靠，差值越小，底界面一 合料内矿料及沥青以外的卒隙（不包括矿料 次回波模糊，变化范围较大，直接影响确定相 自身内部的孑Ｌ隙）的体积占试件总体积的百 对介电常数和地表面线的精度。２）面层岩芯 分率，即：ｗ＝（１－ｐ／ｐ ）ｘｌＯ０％，其中Ｐ 为沥青混 钻孔的位置必须与读取一次回波传输时间数 合料的最大密度；ｐ 为沥青混合料的视密度 值的位置一致。３）对面层钻孑Ｌ取芯的位置是 ｆ又称表观密度）。沥青混合料空隙率与沥青路 有选择的，不能随意钻孔取芯，否则达不到预 面的透水性、沥青的氧化、路面出现辙槽的程 期效果。首先要在原始数据剖面进行初步处 度和路面疲劳寿命等密切相关。另外，空隙率 理之后，得到面层底界面一次回波同相轴线 越大，沥青混合料抗高温永久性变形能力越 反映，两个钻孑Ｌ地点应选在底界面轴线变化 差，强度越低。沥青混合料的介电常数由固、 平缓的地段，决不要选择在下界面梯度变化 液、气三相的介电常数按其体积比组成，将沥 大的地段，这样有可能排除定位不准确带人 青混合料压实时，沥青混合料中的空气含量 的误差。另外一个原因是无线发射和接收的 减少，假定沥青含量不变则沥青和矿料的含 电磁波不是一个点上的信号，收发电磁波照 量增加，导致沥青混合料的复合介电常数增 射的是一个长、短轴４０ｃｍ和２３ｃｍ的一个椭 加。 圆形面积，接收信号的能量等效一个面积分 ３结语 数值，选择地点越平坦越好。４）选择两个面层 探地雷达技术在道路检测方面的应用十 厚度的差值不要太小，至少要大于２ｃｍ。通常 分广泛，其具备很多技术所不能比拟的优点， 可以根据初步处理的剖面图象选择最大和最 无论是厚度检测、隧道中安全检测以及路面 小厚度的平缓地点取样。两个钻孔厚度差值 质量检测中，都能快速有效地得出结果，相信 太小时，因岩芯厚度测量误差和雷达图象上 随着科技的更新，探地雷达技术的发展前景 取数误差的带入，将影响相对介电常数和地 会越来越好。 表面线的计算精度。５）在确定剖面面层的相 参考文献 对介电常数和地表面线中，假设面层介质是 『１１石宁，陈佩茹．探地雷达的基本原理及其在 理想的均匀介质，介电常数是一个常值。在实 沥青路面中的应用ｆＪ１．中外公路，２００４，２４（２）： 际进行雷达探测利用厚度标定相对介电常数 ７５—７８． 时，对不同用料施工路段，需要分别进行标 ｆ２］张蓓．路面结构层材料介电特性及其厚度 定，避免由于使用配料不同，影响介电常数确 反演分析的系统识别方法一路面雷达关键技 定的精度。６）在使用两个钻孔确定剖面的相 术研究『Ｄ１．重庆：重庆大学博士论文，２ｏ０３． 对介电常数和面层厚度剖面之后，还需从厚 ｆ３１金峰，张金荣．探地雷达在路面厚度检测中 度剖面至少选择一点进行钻孑Ｌ取芯进行验证 的应用浅析『Ｊ１．山西建筑，２００８，３４（２６）：２９１— 和进行厚度剖面准确性最后校正。 ２９３． ２．２隧道掘进的超前预报 某隧道掘进过程中出现大量涌水，根据
