雷达检测技术在沥青面层厚度检测中的应用

吴冬;李俊峰

【摘 要】简述了用路面雷达检测沥青路面厚度的基本原理、应用实例、技术要点,论述了使用探地雷达检测沥青路面厚度比传统厚度检测方法的优越性. 【期刊名称】《黑龙江科技信息》 【年(卷),期】2010(000)009 【总页数】1页(P34)

【关键词】公路;路面雷达;厚度检测 【作 者】吴冬;李俊峰

【作者单位】河南省交通试验检测监理技术咨询有限公司,河南,南阳,473000;河南省交通试验检测监理技术咨询有限公司,河南,南阳,473000 【正文语种】中 文

路面厚度检测在路面工程中，各个层次的厚度是和道路整体强度密切相关的，只有在保证厚度的情况下，路面的各个层次及整体强度才能得到保证。

目前路面厚度检测方法一直沿用几十年来的钻芯取样法，该方法具有以下局限性：a.该法属于破损检测法，对路面有破坏作用。b.被测点是随机选择的，人为因素大，检测结果往往缺乏代表性。c.检测点的密度稀，缺陷部位极易漏检，造成质量隐患。 针对以上情况，各国都在研究新的检测手段，探地雷达技术(Ground Penetrating Radar，简称GPR)也逐渐在公路工程领域展露头脚，它以快速、准确、连续的特点，逐渐得到应用。

探地雷达检测公路面层厚度属于反射波探测法，发射信号由天线发出，每遇到不同的结构层，就会在层间界面发生透射和反射。由于电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化，因此根据接收到的波旅行时间、幅度与波形资料，通过图像处理和分析，可确定地下界面或目标体的空间位置或结构。

2009年，我公司用美国产PS-24型路面探测雷达进行了河南省某高速公路沥青面层厚度检测，以此为例对检测过程进行介绍。

2.1 收集被检项目工程资料。收集面层设计厚度、各标段起止桩号、沿线结构物情况等信息。

2.2 现场检测。使用1GHz的空气耦合天线按每车道一条测线检测，每检测2公里进行一次取芯验证。

2.3 室内分析处理。a.波形回放。采用波形显示软件结合信号过滤和增益技术对原始数据文件进行浏览，查看采集的长度是否与实际相符，初步分析各结构层位置。图1为利用标准显波器软件对本项目沥青混凝土下面层采集的波形进行的回放。第一条黄线位置的反射波为路表面反射回的信号，第二条黄线标明的反射为沥青面层底部的反射。由于分析单个的波形并不具有代表性，所以需要对相邻的反射波进行对照分析，提高识别的准确度。图2为“反射波瀑布图”，它将众多的波形进行堆积，以利于综合分析识别。通过对波形进行图像化处理，可得到更加直观的路面结构层剖面图。见图3，可以看到纵坐标6.0ns处有一条平直高亮白色条带，其中心线位置就是地面，其下方约8.0ns处的另一条曲折高亮条带，其中心线就是沥青下面层底面。通过标准示波器软件、反射波瀑布图、结构层灰度图工具，可以初步识别出结构层间的分界情况。b.原始波形的预处理。利用制造商提供的预处理软件自动抓取一定时间区间内的最大反射强度作为结构层分界面的回波信号，记录此信号的时间，计算出结构层厚度。c.数据后处理。后处理软件对预处理生成的文件

进行进一步加工，按设定的取样间隔生成原始厚度表。d.桩号修正。由于雷达系统在采集过程中的行驶轨迹与实际的路线线形不可能完全吻合，路面的平整度情况、测距系统的误差、以及检测路段存在桩号断链等因素都会造成系统显示的距离与实际桩号发生偏差，因此要进行桩号修正，使其与实际桩号相符。e.厚度验证。在检测过程中每隔约2公里进行一次取芯，将量取的芯样结果与对应位置的计算厚度进行比较，如果偏差不大，说明计算的结果可用，如果偏差较大，则要查找原因，重新进行分析计算。表1为取芯厚度与雷达系统计算厚度比较表，1~4号为下面层厚度，5~10号为中面层厚度，可以看到雷达测厚与芯样厚度偏差在1.5%~4.1%之内，计算结果比较理想。

图4显示厚度计算结果与实际比较吻合。

3.1 不能单纯从一组雷达波形凭空推测被检测介质的情况，而要先掌握被测结构层的设计指标，并在现场进行取芯，通过设计指标并结合取芯结果才能对波形进行分析，因此外业检测前一定尽量详细的收集相关工程信息。

3.2 水的介电常数约为80，沥青面层的介电常数约为4~6，含水量对路面材料的介电常数影响较大，从而影响厚度的计算，因此在下雨过后和潮湿的路段不宜进行检测。

3.3 电磁波在介电常数差别较大的两层材料间发生投射和反射，当两层材料介电常数相差不大时反射很小或无反射，因此不能分辩两层的分界面，如沥青混凝土上中下面层间。

3.4 雷达波为高频电磁波，因此它会受到空间其它电磁波的影响，比如在通信基站附近、高压线塔附近、检测时应考虑其对采集波形的影响。

3.5 雷达系统是通过安装于车轮上随车轮同步旋转的传感器记录行驶的距离，车轮直径的变化会影响到距离的长短，因此应定期进行距离标定。

利用探地雷达进行路面结构层厚度检测，可达到快速、连续、无破损的效果。与钻

孔取芯法相比,具有明显的优越性。通过取芯对比，其检测结果与实际偏差较小，满足工程需要。连续的采样数据，能够更详实的反映工程质量情况，利于进行更公正的评价。相信通过不断的技术完善，增加分析手段，提高检测精度，雷达测厚技术将在公路工程建设领域发挥更大的作用。

【相关文献】

[1]李大心.探地雷达方法与应用[M].北京：地质出版社,1994.

[2]曾昭发,刘四新,王者江等.探地雷达方法原理与应用[M].北京：科学出版社,2006. [3]JTG E60-2008.公路路基路面现场测试规程[M].北京：人民交通出版社，2008.