上海市市政规划设计研究院 200030
摘要：现阶段，探测雷达在公路的检测中的使用逐步被大众所接受，而其检测结果的准确度也慢慢被大众认可。为了保障探地雷达的精确性，文章主要针对探地雷达的技术原理进行分析以及探地雷达在公路检测中的具体使用。
关键词：探地雷达；公路检测；工作原理；适用性
引言
探底雷达技术在公路的检测中凭借其精确性，获得大众的普遍认可。但是它在我国的发展时间并不是很长，在很多方面还存在一定的问题，而且其在公路中的使用也并没有完整的体系和规范的使用准则，于是就产生了多元化的技术手段。这在很大程度上对公路的检测结果造成影响，从而导致探地雷达在公路检测中的整体使用效果不能达到预期。
一、公路检测需求分析
公路的主要工程结构包括路面和路基。路面是供车辆直接行驶的道路结构层，一般由面层、基层、垫层等组成。路基是路面结构的基础，是由填筑或开挖而形成的直接支承结构。
随着运营年限的增加，公路的路面、路基等都会产生不同程度的病害，严重影响着公路的运营。公路病害主要分为面层病害、基层病害及路基病害。面层病害分为沥青面层病害和水泥面层病害两种。沥青面层病害主要有裂缝、沉陷、波浪拥包、修补不良等，水泥面层病害主要有破碎板、裂缝、板角断裂、错台、边角剥落、接缝料损坏、坑洞等。基层和路基病害主要分为破碎、脱空、沉降、富含水等[1]。
20世纪80年代以来，国外开始了运营公路或公路施工过程中基层和面层质量的检测，我国开始应用的时间大约在20世纪90年代。2008年交通运输部颁布了《公路路基路面现场测试规程》，提出了公路的主要测试指标和方法。同年8月交通运输部又颁布了《公路水运试验检测机构等级标准》，明确规定:公路检测甲级资质部门必须拥有探地雷达。
探地雷达具有无损、快速、连续、高精度、高分辨、实时成像探测等特点，其应用可以贯穿公路施工和后期检测养护的全过程[2]。公路建设前期可对地质进行勘察探测，确定不良地质体，如流沙、暗河、软弱地基等;公路施工期间，可以对施工质量进行监督;在道路投入使用后，可以进行道路的日常检测监察，及时发现路面结构层中存在的病害，指导道路的养护和修补。
目前，探地雷达在公路施工过程的质量监督和后期检测维护中应用更为广泛，主要包括结构层厚度检测、病害和缺陷检测等。
二、探地雷达的特征
关于探地雷达的特征主要有以下四个方面，第一，工作效率高，其关键是表现在数据的搜集以及后期经过处理以图像的形式展示，这个过程实现了一体化。操作的过程极其容易，而且能够迅速的搜集样本。利用车载进行测试时，其最高的速率能够达到75km/h。第二，极高的准确度。踏地雷达在对公路进行检测的时候，测试的结果能够精确到厘米，而这种准确度在同类探测方式中是最准确的。第三，这种探测方式不会对公路产生较大的影响。而且可以进行重复多次的探测。传统的探测技术会对路面产生非常大的损害，以以至于后期需要进行大量的修补，给工作人员带来更多的工作量，也会引起更多的资金投入。第四，具有极强的抵抗干预的功能。探测雷达在工作的过程中，会自动屏蔽外界的干扰，在这种情况下探底雷达才可以顺利的对公路进行探测，最大程度上保障探测结果的精确性。
三、探地雷达的探测机理
探地雷达主要是利用发射天线，然后将高频率的电磁波辐射至地底下，再通过地表等物体进行反射，最终折回至地面，发射的天线会再次受到发射的电磁波。在不同的介质中，电磁波的传递速率、幅度等会因为介质的转变而发生相应的变化。依据电磁波在传出和接受两个运动过程中的变化特征，能够展示出雷达的切面图，也就可以测算出结构层的高度，以及所要测量的目标的高度，同时还包括底下的结构等。凭借电磁波在路面以及地底的传输时间和速率，能够计算出地面的高度[3]。因此测量的过程中，第一件事就是明确电磁波在不同介质的传播速度以及传播的实践，掌握以上两个数值就能够测算出路面的高度。具体的公式如下：
四、探地雷达探测功能的研究
1、对天线类别的研究
依据电磁波传播的方向，能够将其分为两种类型，一种是屏蔽性的，另外一种是非屏蔽性的。而前者在发射电磁波的时候只能够从天线的底端，接受的时候也是如此，对于其他方向的电磁波都会自动的屏蔽。而后者就能够全方位的传播和接受。当前我国使用最多的就是屏蔽性的天线类型，它可以高效的屏蔽外界非必须的信号。
以天线的组合形式为依据，又能够将天线分成两种类型一种是分离式的，另外一种是收发一体化的天线类型。前者天线类型不能够同时进行收发电磁波，两个过程是分别由人工操作进行，但是发射和接收之间的间距是可以调控的[4]。而后者之间的间距是固定的，而且在通常情况是都会忽略其中的间距。由于雷达天线的组合形式不相同，它们的操作方式也有较大的差异。
2、深度的测量
在实际的探测工作中，必须重视的一个因素就是探地雷达所能测量的深度。这与普通的探空雷达所差无几。而探地雷达同样遵循雷达的计算公式。
3、天线辐射特性分析
探地雷达在近地的模式下工作时，能量以似稳场和感应场的形式传递，而在脱离地面模式工作时，能量是在远的区场中辐射传播。理解这些工作模式的区别对整体把握探地雷达的探测性能具有重要意义。对于地面祸合天线来说，近地探测模式可以获得较好的探测性能。为了保证通过性和一定的探测速度，进行公路检测时，天线需要架设在距离地面一定高度处，由于空气地表交界面处折射波的聚焦效应，地面祸合天线的辐射特性将会发生较大变化。
同时，地面祸合天线架高时，由于地面介质的影响，天线的输入阻抗增加，振铃增大，而且收发天线之间的直接耦合增大，天线回波不干净，所以在使用地面祸合天线进行公路检测时，天线距离地面应该越近越好，一般不要超过五十毫米。地面祸合天线最大的优势是较深的探测深度，根据介质的不同其探测深度可以达到十几米。与地面祸合天线不同，空气耦合天线的最大优点是耦合波不随路面属性的变化而变化，其接收波相对“干净”，在进行结构层厚度检测时结果更准确。此外，由于电磁波传播特性受介质含水量的影响较大，不推荐在下雨或路面还是潮湿的时候进行检测[5]。潮湿土壤环境下媒质色散问题变得严重，导致脉冲波高频分量的严重衰减和波形的展宽，将引起数据解卷积和偏移处理的问题。所以为取得较好的检测效果，当采用空气耦合天线进行采集时，路面必须是干的。另一方面，冬季采用地面祸合天线进行检测会比夏季效果更好，因为随着路面材料的冰冻凝结，将会导致电导率增加，但并不会引起同等程度的衰减。
参考文献
[1]赵得杰,张永涛,郭卓豪.探地雷达在混凝土空洞检测中的试验研究[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版),2015,(03):35-39.
[2]俞先江,马圣昊,王正,顾章川.探地雷达技术在国省干线公路早期病害防治中的应用[J].公路,2015,(08):255-259.
[3]周平,胡丽琴.探地雷达在公路路基岩溶探测中的应用研究[J].科技创新导报,2015,(17):72-73.
[4]胡承宁,罗芸.探地雷达技术在公路检测中的应用与检测质量控制分析[J].黑龙江交通科技,2015,(07):66.
[5]刘宗辉,吴恒,周东,韦鸿耀.频谱反演法在探地雷达隧道衬砌检测中的应用研究[J].岩土工程学报,2015,(04):711-717.
论文作者:章玮
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/8
标签：天线论文; 公路论文; 病害论文; 电磁波论文; 路面论文; 面层论文; 地面论文; 《基层建设》2017年第11期论文;