摘要：近年来，随着我国高等级公路建设突飞猛进的发展，其养护管理日渐重要。为了提高公路工程的建设规模、管理质量和运营效率，技术人员积极寻求基于地质雷达的公路路面检测技术，这些应用不仅大大提高了公路路面性能检测和工程质量评价水平，也促使道路养护技术更趋科学化、合理化。
引言
公路路面检测项目主要有路面平整度、路面承载能力、路面抗滑性能、路面厚度、路面破损检测等。然而长期以来，我国公路路面检测技术发展较为缓慢，普遍存在着检测手段落后、效率不高等问题。传统的检测方法测点随机，密度稀，速度慢，且对路面有破坏，难以准确全面地发现道路内部存在的隐性病害，往往容易导致道路破损加剧，越来越不能适应公路特别是高速公路快速发展的要求，因此提高路面检测的现代化水平和无损性技术已是迫切的需要。
探地雷达技术应用于公路路面检测，具有实时检测、简便高效、准确无损、连续检测、信息丰富和图像解释直观等优点，其检测效果越来越被人们所认可，但由于公路路面结构、材料的特殊性和对路面检测精度要求较高的特点，加之应用该技术开展公路路面检测仍处于完善阶段，因此很有必要对雷达在公路检测中的应用进行讨论。
一、地质雷达的检测原理
地质雷达与探空雷达的检测原理大致相同，使用高频电磁波主频为数十数百乃至数千兆赫）以宽频带短脉冲的方式，从地面进行发射天线向地下辐射，当它遇到地下介质或者介质分界面时发生反射，并返回发射器，被专门接收信息的接收天线接收，被计算机记录下来，经过信息整理之后形成雷达剖面图。因为电磁波在介质中运动时，其传播路径、磁场强度以及电磁波的波形会受介质的特点和几何形态影响。所以在接收到的电磁波特点、传播时间、幅度、频率和波形等，必须进行雷达图像的整理，才能进行确定公路的情况。雷达图像剖面图是通过脉冲反射波的波形形式展现的。其波形通过变面积形式进行展现，或者通过灰度或彩色剖面形式进行展现。并通过同相轴或等灰线、等色线进行表示反射面的情况。在波形记录图上根据各测点均以测线的铅垂方向确定波形，即可形成完整的雷达成像剖面，使人们可以清楚地看到公路路面的损坏程度。这是一种快速且非常可靠的检测手段，最重要的是一种无损检测技术，对于记录所谓每一道雷达记录数据，都能看成是一种雷达脉冲子波和相应的反射波其系数序列进行卷积，再通过探测雷达进行实时记录反射波到达地面所需要的时间，以及反射波的波幅大小进行研究有关地下介质的分布情况，并利用雷达特有的高分辨率性质在较浅的层中进行探测，并且应用非常广泛。
二、基于地质雷达技术在公路路面检测的应用
1.公路路面脱空检测。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于水泥混凝土板下基层与底基层之间要求有一定的透水性，当基层透水性不好时，水容易通过接缝等路面的薄弱处进入面板与基层之间的位置并在此处积累，行车荷载等使水产生动水压力，进而对周围的基层材料产生冲刷，水冲刷下来的细集料随着唧泥被带走，冲刷量逐渐积累而在此处逐渐形成充水的脱空区。有时基层透水性虽好，但粒料级配不合适，细颗粒会被下渗雨水带走，从而形成充气的脱空区。脱空区的路面在反复荷载作用下，混凝土路面板将发生断裂、破碎，严重影响道路的使用寿命。地质雷达发射出的电磁波若遇上路面板下脱空，则会有两条反射波，由此就可检测出路面下是否有脱空现象。地试验选择公路路面已经有损伤区域，雷达成像剖面中显示该区域基层损伤比较大，而且垫层与路床界面出现凹凸不平的状况，则表示基层、垫层内部出现介质横向上的现象，并且损坏严重。一般情况下，天线频率的高低决定探测深度的大小。根据现有数据，若天线的频率超过2GHz，则无法探测出路面是否存在脱空现象，只有在天线中心频率的下限值为900MHz时，地质雷达才能检测到较为准确的路面脱空情况。因此，在使用地质雷达对路面板下的脱空进行检测时，应选择较为合适的天线频率。此外，雷达的探测深度还受地下的介质的影响，遇到不同的介质，反射的度数不同，则电磁波长短不一。若遇到同属性的介质，电磁波的反射则会产生差异，即探测不出地下的脱空情况。
2.路面厚度检测。我国道路面层绝大部分为沥青混凝土结构，其厚度直接影响到道路的整体质量，因此，沥青路面的结构厚度设计是路面设计的核心。通常，道路结构分为路基、基层、面层。一般面层的厚度为8—26 cm，基层的厚度为10～30 cm，具体的厚度视材料的种类和交通等级而定。目前我国高等级公路一般采用改性沥青或水泥混凝土等材料修筑面层，一般采用有机结合料稳定碎石、水泥稳定粒料、石灰稳定粒料、石灰土、水泥混凝土、石灰粉煤灰等材料修筑基层。每个层面所用的材料不同，雷达在不同介质传输的速度也不同，所以，在雷达显示屏上能很明显地区分出每层的分界线。地质雷达检测机理是向地下发射脉冲形式的高频电磁波，电磁波在地下介质传播过程中，遇到电性差异的地下目标体，如路面结构的分层等，就会发生反射和散射，反射波到达地面时由接收天线接收，在对接收到的反射波进行处理和分析的基础上，根据反射波的波形、强度和双程走时等参数来推断地下目标体的空间位置、结构、电性和几何形态。由于所需要探测的部位为沥青层，因此，所使用的雷达只需显示出沥青结构层的厚度，而使用1600MHz的雷达天线能够高精度、高分辨率地检测出0.5m深度范围内的目标。
3.路面密度和压实度检测。沥青路面的厚度、压实度是路面工程质量控制和养护管理决策中需要严格控制的指标之一。路面雷达并不能直接识别出密度、压实度等路面性能指标，但可以基于介电常数的研究加以实现，这是因为这些指标的改变将直接导致介电常数的变化。根据混合介质介电常数均方根模型，即混合料的介电常数的均方根等于其相应组成成分介质的介电常数的均方根乘以该介质所占混合料的体积比。当空气的体积比越来越大（骨料的体积比越来越小）时，沥青混合料的密度和介电常数随之越来越小。实际工程中沥青混合料油石比相对较稳定，对于新铺沥青面层其含水量微弱。因此，当沥青混合料介电常数较小时，可以肯定其空气含量大、密度小。路面雷达正是利用沥青混合料的介电常数、体积比、密度三者之间的内在联系，依据是否有异物进而能够判断出压实的程度。通过大量的实验证明，路基压实的程度主要可分为三种类型，即压实不均匀层、密实层以及不密实层。由于雷达的检测能够检测雷达的图像会出现不均匀的现象，所以，可以利用瑞雷波的方法来确定产生不均匀的异常区，瑞雷波的压实度值、波速值以及承载力值，进而能够判别出路基是否达到相应的质量指标。
三、结语
雷达作为一种检测工具在公路路基路面的检测中得到了较为广泛的应用，具有很多优点，如快速、无损等，主要用于结构密实度的检测、结构层厚度、路基的含水量以及存在缺陷的检测等多个方面。同时，我国是世界上最早使用地质雷探测公路病害的国家之一，必须竭尽全力开拓地质雷达在公路路面检测的应用，对以后公路工程质量的控制及减少经济损失提高效益做出巨大贡献。
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论文作者:曹文婷
论文发表刊物:《基层建设》2015年29期
论文发表时间:2016/9/19
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