探地雷達在高等級公路質量檢測中的應用

蔣 濤 夏友軍

(江蘇省交通規劃設計院股份有限公司，江蘇 南京 210014)

1、引言

從上個世紀的60年代開始，人們就開始把雷達技術應用到土壤性質的調查當中，后來又將其應用到了地下巖石性質的調查里面，真正的商用雷達系統則是在上個世紀的70年代研發出來的，這套系統的主要設計目的是可以直接用來對地面進行相關探測，于是我們就將其稱之為探地雷達。

2、探地雷達進行地面檢測的主要原理

探地雷達所發射出來的那些具有高頻率的電磁波可以直接的穿透地面以下的材料，這些穿透過去的電磁波中有一部分會從地下介質中介電常數發生突變的地方反射回來，利用反射回來的電磁波就可以計算出這個界面的實際位置，以及這個界面所具有的介電常數是多少，然后將其代入到系統當中進行處理，經過準確的分析和計算，就可以確定出公路路面結構所具有的厚度，同時也可以找出路基路面結構層當中存在的缺陷。

2.1 路面結構層厚檢測原理

探地雷達對各向同性瀝青類的路面進行檢測時，其原理可以參考圖1。其中，雷達波1、雷達波2和雷達波5的發射點分別是地表面、二灰碎石的表面基層結構以及路床頂面，而它的反射波所具有的實際波幅也是逐漸的變強，這些波幅的具體值我們分別用A1、A2、A5來進行表示。那么，瀝青面層上的介電常數值就可以用下面的式子來表示:

在這個式子當中:A1所代表的就是從公路地面上反射出來的電磁波的實際波幅電壓，單位用V來表示;Am則表示當用一塊巨大的金屬板直接鋪在路面當中的時候，百分之百全部發生反射的時候所具有的波幅電壓值，單位也是V。那么，此時路面層的具體厚度值就可以通過下面這個式子來進行計算:

在這個式子當中:h1代表的就是整個瀝青路面面層所具有的實際厚度值;c則指的是探地雷達波在進入到空氣里面之后的實際速度;Δt1則指的是波幅A1，A2之間，當它們發生了反射波之后，中間的時間延滯。

2.2 病害和缺陷檢測原理

在修建不同等級公路的過程當中，其路基路面的基層上是最容易出現一定的病害和缺陷情況的，而這些病害缺陷的主要一個類型就是裂縫，其次是對于松散巖石類的破壞。在對這些地方進行檢測的時候，如果發現在路面層當中存在缺陷，就說明這個層當中的介電常數值已經發生了突變的情況，并在其中形成了一個界面，而這個時候就一定會出現另外一個反射波。

3、探地雷達在公路質量評定時的應用

在對一些等級比較高的公路進行路面質量評定的時候，決定路面結構層所具有的實際沉彎強度和極限值的最主要因素就是路面的厚度，同時，厚度與瀝青材料的使用量也是息息相關的。在我國現行的《公路工程質量檢驗評定標準》當中，規定對路面的結構層厚度要進行必要的、定期的檢查，而具體的檢查辦法是每200m或者是每車道設立一個檢查點，對這個檢查點所在的路面進行挖驗或者鉆芯取樣，通過這樣的檢查，就可以通過比較來統計和確定出整條公路路面實際厚度的代表值;那么，在對整個路面質量進行評定的時候，如果此代表厚度值是大于我們之前所設計的厚度與我們所允許的偏差值之差，這個時候，就要按照單個檢查值所存在的實際偏差是否超過我們所設定的極限值進行判斷和評定。而當我們使用探地雷達系統來對路面的質量進行檢測的時候，對于剛剛修建完成的路面或者還沒有發生任何病害的路面來說，它們路面層上所具有的介電常數及厚度其實還是非常均勻的，于是我們就可以直接采用上面所介紹的公式來對厚度進行直接計算。但是，對于已經運行了很長時間的公路網來說，這個時候它們的面層和基層之上肯定會出現一些介電常數發生突變的地方，而這樣的話，我們則必須要首先通過鉆芯取樣的方法對探底雷達的雷達波進行較為準確的標定，標定完了之后才可以對路面結構層的質量進行檢測，之所以要這么做，主要是能夠更加充分的來了解路面厚度和各個層面上介電常數發生的變化，從中就可以獲得比較全方位的信息。

4、探地雷達在養護決策方案優化中應用

對于一條公路的養護決策方案來說，必須要根據這條公路監測系統為我們提供的實時路況信息來進行，只有掌握了這些信息，才能夠對整個路況進行非常仔細的分析，知道那個地方需要進行重點養護，那個地方不需要進行養護，然后就可以幫助我們合理的分配養護資金，并確定出最佳的養護對策和方案。

對于一條公路的管理部門來說，現階段他們主要是根據路面可能發生的病害以及病害可能造成的影響來判斷這個路段是否要進行養護，以及要進行什么樣的養護，而在整個的判斷過程中，還大多依賴目測的方法。在進行判斷之后再對路面的強度進行簡單的檢測，根據這種檢測出來的結果，綜合的進行分析，最后就可以做出決定，這樣顯然是不太科學的。那么，在使用探地雷達的時候，就能夠非?？焖俣曳浅Ｈ娴貙φ麠l公路當中的某個或某些路段進行十分全面的檢測和分析，而這種檢測和分析結果也具有非常高的準確度。與此同時，如果拿不同的運營時期路基路面結構層發生的不同性能差異來作比較的話，也同樣可以很好的了解到路基路面上不同病害在這一時期內的發展，這樣就更加便于我們做出更好的養護決策。

［1］潘玉利。路面管理系統原理［M］。北京:人民交通出版社，1988

［2］李祝龍。青藏公路路基路面病害機理研究 ［J］。公路，2001

［3］李淑明。防止反射裂縫的瀝青加鋪層設計方法 ［J］。華東公路，2001