公路工程檢測過程中雷達的應用

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0引言

鉆芯取樣法是在公路建設過程中最常采取的一種傳統(tǒng)的檢測路面是否安全的方法，這種檢測方法會對公路造成破壞，不具備代表性，人為因素的影響非常之大，并且其檢測結果缺乏準確性。現(xiàn)如今，科學技術快速發(fā)展，在公路工程檢測的過程中引入了地質雷達檢測技術。這項技術有快速采樣、檢測精度高、分辨率高，經濟無破損等等特點，很好的彌補了傳統(tǒng)檢測方法的不足，因此，將地質雷達技術應用在高速公路檢測中具有非常重要的意義［1］。

1工作原理

1．1系統(tǒng)構成

完整的探地雷達(GPR)包括多個系統(tǒng)，具體的發(fā)射機，接收機，天線和信號處理等發(fā)射機傳輸，脈沖雷達信號控制電路，信號的天線輻射到人行道上，緊隨其后的是接收反射信號，接收信號的過程中，需要使用放大器進行信號放大，然后將信號放大信號處理設備進行處理。同時，天線可以用來發(fā)送和接收信號，耦合天線在地面和空氣耦合信號是主要的兩種類型的天線，發(fā)射器和接收器不斷與天線連接和切斷分離器，分離器主要是防止接收機輸入元素被高能發(fā)射機的輸出;接收反射信號數(shù)據(jù)采集、存儲、處理和顯示了信號處理設備。

1．2檢測原理

地質雷達探測原理是低到地面點火脈沖式高頻電磁波，電磁波傳播過程中如果遇到的對象不同的電氣、散射和反射，反射電磁波天線，然后分析電磁波處理，不同的反射波的強度和形狀，雙向旅行時間反映了不同的結構，位置和電氣性能。使用脈沖電磁波反射地質雷達探測技術的原理于公路工程結構層，疾病檢測、預防、隱患，因為它是一種非接觸式的物理檢測方法，因此，可以解決許多公路工程中的問題。

1．3檢測依據(jù)

地質雷達探測技術具有無損檢測的特點，而且經常被用于高速公路探測，因為地質雷達探測深度小的特點，高分辨率，因此，即使測試中沒有電的區(qū)別在道路和道路，也可以檢測到。電的區(qū)別越小，反射系數(shù)越小，使反射信號越少，反之亦然。當前道路結構層分為三部分:表面，基礎和地基。水泥混凝土材料或改性瀝青材料建筑通常用于路面、穩(wěn)定碎石、石灰穩(wěn)定材料，水泥穩(wěn)定材料分類的水泥混凝土和粉煤灰石灰材料通常用于路面基層。使用水泥混凝土路面材料建筑，介電常數(shù)在3～5之間，用瀝青材料建筑，介電常數(shù)在5～10，高速公路基層介電常數(shù)在8以下。由于各種結構層不同的介電常數(shù)，為地質雷達探測技術的應用提供了有效的檢測基礎［2］。

2發(fā)展現(xiàn)狀

2．1探地雷達技術的發(fā)展

由于電磁波的地下介質衰減強，同時與空氣相比，地下介質更加地復雜和多樣，因此，在早期，探地雷達主要被用在冰層和巖鹽礦等介質中，隨著時間的推移，在20世紀70年代以后，不斷地涌現(xiàn)諸多的新材料和新技術，探地雷達技術也得到了快速的發(fā)展，水平也有大幅度地提高。現(xiàn)如今，探地雷達技術被運用在道路下空洞以及裂縫探測、埋設物探測等等多個領域，取得了比較好的成效。

2．2國內外主要探地雷達

經過這么多年的研究，探地雷達(GPR)已成為一項成熟的技術，國內外許多制造商研發(fā)出不同的探地雷達(GPR)系統(tǒng)。加拿大和美國的技術是最成熟的，國外探地雷達(GPR)設備和服務公司主要有五家，第一家是地球物理探測設備，從15MHz～2GHz探地雷達(GPR)系統(tǒng)，并用于處理數(shù)據(jù)分析軟件包，更全面，第二個公司是美國的Penetradar公司，該公司提供了探地雷達(GPR)系統(tǒng)和相應的數(shù)據(jù)分析，第三家公司是美國脈沖雷達、探地雷達(GPR)設備和道路檢測服務，還有加拿大的探地雷達，該公司的系統(tǒng)主要用于高速公路和橋面板檢測。在我國，主要研究對象為電磁散射特性模擬和數(shù)據(jù)處理方法，對硬件系統(tǒng)并不完美，但在吸收國外的經驗，研發(fā)出了雷達原型，例如，中國科學院SI2R類型的探地雷達(GPR)，東南大學GPR-Ⅰ型迪泰探地雷達(GPR)和大連理工大學的探地雷達等。中國電波傳播研究所和國際阿德爾地雷檢測技術有限公司，是一家業(yè)務化探的主要單位，開發(fā)了一系列的軟件和硬件產品。最早的研究單位開展地下目標探測技術是中國電波研究所有限公司開發(fā)的系列探地雷達(GPR)系統(tǒng)，并介紹了高等級公路探測器的風格。

3雷達在公路工程檢測中的應用

3．1檢測厚度

《公路質量檢驗評定標準》規(guī)定，高速公路瀝青層厚度和總水平偏差5%的h(mm)，極端值是10%h(mm);上層代表值是10%(mm)，極端值是20%(mm)的值代表水泥－5%(mm)，極端值是10%(mm)。傳統(tǒng)方法是鉆井方法，該方法會破壞路面，從而限制檢測的次數(shù)，也不能保證測試的客觀性。探地雷達(GPR)是不同的，主要根據(jù)電磁脈沖的傳播在路面和路基接口速度以及旅行時間確定，因為是一種無損檢測技術，可以非常好的解決上面的問題，對厚度檢測的精度，探地雷達(GPR)設備已經達到了正常的標準。德克薩斯交通研究所一直在使用探地雷達(GPR)檢測厚度，使用TERRA檢測數(shù)據(jù)處理軟件，發(fā)現(xiàn)平均0．75cm的偏差，符合分析探地雷達(GPR)標準。

3．2探查路下隱患

很難感知道路隱患，只有在很長一段時間后，會造成損失，維修道路往往需要相當大的成本，難度非常高，甚至給公路的正常通行帶來不利影響。探地雷達檢測隱藏的危險具有的獨特的優(yōu)勢為，通過檢測問題可以及時發(fā)現(xiàn)，避免道路坍塌，縮短公路養(yǎng)護時間，避免主道路的內在質量和壽命受到間接破壞、嚴重破壞。探地雷達(GPR)仍處于探索階段，1980年早期在國外做相關測試，獲取信息從人行道上呼應，路面位置、深度和尺寸數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，與此同時，有關學者研究其缺陷，空氣耦合天線是用于分析缺陷檢測，取得了理想的結果。大量的試驗結果表明，探地雷達(GPR)是一種非常有效的方法，值得推廣應用。

4探地雷達數(shù)據(jù)預處理

預處理包括基本消除固定雜波、信號處理、過濾等，主要用于消除無效的數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)質量，提供可靠的數(shù)據(jù)源進行下一階段的處理。正常處理主要包括一些常用的數(shù)字信號處理方法，這些方法基本上是相似的，可以提供基本的處理結果，進一步方便工作人員分析，為處理提供依據(jù)。一些特殊的處理方法中需要使用先進的治療，在路上與探地雷達數(shù)據(jù)處理主要路面估計的電磁特性、層厚度和異常檢測方法。通過上面的數(shù)據(jù)處理，并使用結果的圖像或語句，對道路狀況進行綜合評價。

5結語

地質雷達與無損檢測技術、高分辨率、精度高、效率高等顯著特點，在公路工程檢測中運用地質雷達檢測技術，有助于加強檢測結果的準確性、科學性。根據(jù)實際情況，選擇不同的探測雷達，能夠高效的完成檢測任務，提供的數(shù)據(jù)也更加準確可靠，為公路建設質量提供可靠的保障。

作者：董博 單位：山西省交通規(guī)劃勘察設計院巖土公司