高速公路路面厚度探地雷达检测

【摘要】本文分析了建立高速公路检测系统的必要性，探地雷达路面检测原理，然后，本文进一步分析了探地雷达在道路工程中的应用，雷达检测路面厚度在质量监督工作中的应用，最后，本文对路面雷达检测系统设计进行了探讨。

【关键词】高速公路；路面厚度；探地雷达；检测探地雷达

中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

随着国内经济的不断发展，高速公路的数量在不断的增多，与此同时，做好高速公路检测非常有必要。而高速公路路面厚度探地雷达检测技术非常适用于当今国内的高速公路路面，因此可以进行必要的、深入的分析。

二、建立高速公路检测系统的必要性1、存在的问题（一）高速公路的检测缺少完整的、系统的资料，因而对事故的发展缺乏预见性；（二）养护检测运行机制落后，重建轻养思想严重，不重视科技进步，对养护检测资金投入不足；（三）缺乏养护检测和处理过程管理技术档案，对公路的竣工资料、养护检测记录等未能实现有效的电子资料档案管理，无法实现即查即用。2、必要性（一）建立高速公路全生命周期基础数据中心，可对高速公路的设计结构、施工材料、通车时间和进行各种基础养护的数据记录和保存；（二）改善高速公路数据采集影响道路正常交通、操作危险性大的作业方式，统一数据采集格式和要求，大大提高工作效率和基础数据采集的准确性；（三）可针对病害建立生命周期模型，实现对高速公路路面病害发展全过程的跟踪、检测，因地制宜地制定养护方案；

三、探地雷达路面检测原理

图1为空气耦合型雷达探测路面面层厚度装置系统与雷达波的传播示意图。

图1 雷达探测路面厚度示意图

我们把雷达波进入面层后遇到面层与基层的界面反射出面层的时间称为双程时T,雷达波在面层的传播速度为v,由于雷达波是几乎垂直射入面层的，因此,很容易得到面层的厚度H为:

确定双程时T和雷达波在面层的传播速度v是检测路面厚度的关键。图2为2G空气耦合天线测量路面厚度检测到的典型波形。

图2空气耦合天线测量路面厚度检测到典型雷达波形

图中可见,第一界面(空气与面层界面)的反射波以及第二反射界面(面层与基层反射界面)反射波的特征明显,两峰值之间的时间差为双程时T。雷达波在介质中的传播速度v与介质的相对介电常数ε存在以下关系:

式中C为光在空气中的传播速度,如果知道介质的介电常数ε,就能计算雷达波在介质中的传播速度v,但是,介质的介电常数ε一般只能在实验室取得,与现场介质的介电常数往往存在很大差异,大都采用钻孔取芯厚度标定法矫正。而反射信号的振幅与反射系数成正比,在以位移电流为主的非磁性介质中，反射系数ρ可表示为：

式中,ε1、ε2分别为上下介质的相对介电常数,由上式可以看出反射信号的振幅主要取决于上、下，介质的电性差,电性差越大,反射信号越强。

1基本原理如图3所示，探地雷达在路面结构检测时，由工作天线向地下发射高频电磁脉冲波，当相邻结构层材料的介电常数不同时，电磁波在结构层的分层界面处发生反射和透射，经过多层反射和透射后，一部分电磁波能量逐步衰减掉，另一部分电磁波返回地面，并被工作接收天线接收，形成反射界面。

图3探地雷达在路面结构检测时的基本原理公路路面各结构层相对于探地雷达检测可认为是水平层状结构。虽然公路不同结构层的铺筑材料是不同的，但是同层的铺筑材料可认为是均匀一致的。尽管是分层碾压而成，但相对于探地雷达电磁波垂直入射而言，可认为单层介质是各向同性的。公路路面各结构层可简化为各向同性水平层状介质，探地雷达电磁波在路面结构层中的传播路径。

四、探地雷达在道路工程中的应用探底雷达具有无损、快速、连续、高精度、高分辨、实时成像探测等特点、为道路交通部门提供，一种高效先进的无损检测手段，主要解决以下问题：

1设计前：设计资料的勘察收集。

2施工前：勘察岩土状况、确定地下管道、电缆等物体的位置和深度。

3施工期：检测沥青或水泥混凝土路面面层的厚度和密度，及时监控质量，避免钻芯取样对路面造成的破坏及用于工程质量事故原因的监察与仲裁。

4使用期：定期普测进行路面与路基缺陷的调查、路面与路基裂缝的调查方便管理部门及时掌握道路变化情况，实施补救措施，并进行道路状况动态管理。

5养护期：检测面板层间拖空、孔隙和破碎区域的范围，为灌浆提供可靠依据。

五、路面雷达检测系统设计目前国内使用的路用雷达检测系统主要是靠引进外国的设备，费用昂贵，而该项检测技术目前在国内外路面结构质量无损检测中有着广阔的应用前景和工程实用价值，所以开发研制雷达检测系统具有重要的实际应用价值。1。系统设计主要结构及功能路面雷达检测系统主要硬件结构主要由固体共振腔、发射与接收天线、时窗记录仪、数字处理与波形显示、打印等部分组成。（一）第一部分是固体共振腔。这是雷达的核心部件，产生脉冲高频电磁波，它是一种特制的固体共振腔，产生的频率可达到2GHz以上。（二）第二部分是天线。它分发射天线与接收天线两部分，发射天线是将波源的高频电磁波定向向路基路面发送的主要器件，要求定向性好、发射稳定、功损小，这是一般材料天线所达不到的。（三）第三部分是时窗记录器。是发射记时脉冲的主要器件，又称时间窗，采样收发时间，完成雷达测量时间的主要工作。 （四）第四部分是计算机数字处理与波形显示。它能直观、可视地将处理数据以三维波形图形式显示在屏幕上。2。硬件设计实现的要点由于雷达波本身穿透能力强，在雷达测厚方面可以满足不同探测深度的要求。从公路需求方面来讲，测厚时更关注路面层的测量精度问题，因为测量的厚度越浅，对检测系统的分辨力要求越高，设计时必须考虑这一点。（一）固体振荡器的选择雷达源是雷达检测技术的核心部件。它主要由体效应管、谐振空腔、散热器以及短路活塞等组成晶体效应振荡器，也叫固体振荡器。要求共振腔振源稳定、寿命长、激发的频率能满足测试精度要求。（二）发射接收天线的选择雷达天线过去用于军事为多，天线体积大、质量重，显然不能满足路基路面的检测需要。因而，对于公路测试用的天线需要专门设计。公路型天线一般为小型，要求损耗小，发射稳定，接收不失真，对于不同的用途，需要使用不同的工作频率。（三）抗干扰处理技术抗干扰处理技术也是一项重要的内容。从硬件设计来说，要求雷达天线特制成空气耦合聚焦型，并做成横向电磁波喇叭型，这种设计主要考虑到天线工作时需要悬空，电磁波发射后遇到空气会影响发射与接收器品质。（四）时间记录器的设计时间记录器的设计与测量深度有关，一般根据测量深度来考虑，雷达探测深度愈深，其时间记录器设计相应亦愈长，探测深度愈浅，则时间记录器设计相应亦愈短。由于时窗记录器测量时间的精度直接影响到测量深度的准确性，所以设计时应考虑将其设计成可调的，能够根据测量深度的不同选用相应测量时间档，以满足测量精度的要求。

六、结束语

高速公路路面厚度探地雷达检测系统对于高速公路路面质量的检测有很好的效果，在高速公路施工过程中可以使用这种技术对其进行必要的检测。通过检测来分析高速公路的问题所在，并开展应对措施，提高高速公路的安全系数。

参考文献

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