公路工程檢測過程中雷達(dá)的應(yīng)用

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0引言

鉆芯取樣法是在公路建設(shè)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(jié)果缺乏準(zhǔn)確性?，F(xiàn)如今，科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，在公路工程檢測的過程中引入了地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)有快速采樣、檢測精度高、分辨率高，經(jīng)濟(jì)無破損等等特點(diǎn)，很好的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)檢測方法的不足，因此，將地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)應(yīng)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(gòu)成

完整的探地雷達(dá)(GPR)包括多個(gè)系統(tǒng)，具體的發(fā)射機(jī)，接收機(jī)，天線和信號處理等發(fā)射機(jī)傳輸，脈沖雷達(dá)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(jìn)行信號放大，然后將信號放大信號處理設(shè)備進(jìn)行處理。同時(shí)，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(jī)輸入元素被高能發(fā)射機(jī)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(shè)備。

1．2檢測原理

地質(zhì)雷達(dá)探測原理是低到地面點(diǎn)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(qiáng)度和形狀，雙向旅行時(shí)間反映了不同的結(jié)構(gòu)，位置和電氣性能。使用脈沖電磁波反射地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)的原理于公路工程結(jié)構(gòu)層，疾病檢測、預(yù)防、隱患，因?yàn)樗且环N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(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)具有無損檢測的特點(diǎn)，而且經(jīng)常被用于高速公路探測，因?yàn)榈刭|(zhì)雷達(dá)探測深度小的特點(diǎn)，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(dāng)前道路結(jié)構(gòu)層分為三部分:表面，基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)層不同的介電常數(shù)，為地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)的應(yīng)用提供了有效的檢測基礎(chǔ)［2］。

2發(fā)展現(xiàn)狀

2．1探地雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展

由于電磁波的地下介質(zhì)衰減強(qiáng)，同時(shí)與空氣相比，地下介質(zhì)更加地復(fù)雜和多樣，因此，在早期，探地雷達(dá)主要被用在冰層和巖鹽礦等介質(zhì)中，隨著時(shí)間的推移，在20世紀(jì)70年代以后，不斷地涌現(xiàn)諸多的新材料和新技術(shù)，探地雷達(dá)技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，水平也有大幅度地提高?，F(xiàn)如今，探地雷達(dá)技術(shù)被運(yùn)用在道路下空洞以及裂縫探測、埋設(shè)物探測等等多個(gè)領(lǐng)域，取得了比較好的成效。

2．2國內(nèi)外主要探地雷達(dá)

經(jīng)過這么多年的研究，探地雷達(dá)(GPR)已成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，國內(nèi)外許多制造商研發(fā)出不同的探地雷達(dá)(GPR)系統(tǒng)。加拿大和美國的技術(shù)是最成熟的，國外探地雷達(dá)(GPR)設(shè)備和服務(wù)公司主要有五家，第一家是地球物理探測設(shè)備，從15MHz～2GHz探地雷達(dá)(GPR)系統(tǒng)，并用于處理數(shù)據(jù)分析軟件包，更全面，第二個(gè)公司是美國的Penetradar公司，該公司提供了探地雷達(dá)(GPR)系統(tǒng)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析，第三家公司是美國脈沖雷達(dá)、探地雷達(dá)(GPR)設(shè)備和道路檢測服務(wù)，還有加拿大的探地雷達(dá)，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(jīng)驗(yàn)，研發(fā)出了雷達(dá)原型，例如，中國科學(xué)院SI2R類型的探地雷達(dá)(GPR)，東南大學(xué)GPR-Ⅰ型迪泰探地雷達(dá)(GPR)和大連理工大學(xué)的探地雷達(dá)等。中國電波傳播研究所和國際阿德爾地雷檢測技術(shù)有限公司，是一家業(yè)務(wù)化探的主要單位，開發(fā)了一系列的軟件和硬件產(chǎn)品。最早的研究單位開展地下目標(biāo)探測技術(shù)是中國電波研究所有限公司開發(fā)的系列探地雷達(dá)(GPR)系統(tǒng)，并介紹了高等級公路探測器的風(fēng)格。

3雷達(dá)在公路工程檢測中的應(yīng)用

3．1檢測厚度

《公路質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》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(dá)(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(shí)間確定，因?yàn)槭且环N無損檢測技術(shù)，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(dá)(GPR)設(shè)備已經(jīng)達(dá)到了正常的標(biāo)準(zhǔn)。德克薩斯交通研究所一直在使用探地雷達(dá)(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(dá)(GPR)標(biāo)準(zhǔn)。

3．2探查路下隱患

很難感知道路隱患，只有在很長一段時(shí)間后，會造成損失，維修道路往往需要相當(dāng)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(dá)檢測隱藏的危險(xiǎn)具有的獨(dú)特的優(yōu)勢為，通過檢測問題可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，避免道路坍塌，縮短公路養(yǎng)護(hù)時(shí)間，避免主道路的內(nèi)在質(zhì)量和壽命受到間接破壞、嚴(yán)重破壞。探地雷達(dá)(GPR)仍處于探索階段，1980年早期在國外做相關(guān)測試，獲取信息從人行道上呼應(yīng)，路面位置、深度和尺寸數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，與此同時(shí)，有關(guān)學(xué)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(jié)果。大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，探地雷達(dá)(GPR)是一種非常有效的方法，值得推廣應(yīng)用。

4探地雷達(dá)數(shù)據(jù)預(yù)處理

預(yù)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(zhì)量，提供可靠的數(shù)據(jù)源進(jìn)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(jié)果，進(jìn)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(jìn)的治療，在路上與探地雷達(dá)數(shù)據(jù)處理主要路面估計(jì)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(jié)果的圖像或語句，對道路狀況進(jìn)行綜合評價(jià)。

5結(jié)語

地質(zhì)雷達(dá)與無損檢測技術(shù)、高分辨率、精度高、效率高等顯著特點(diǎn)，在公路工程檢測中運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)，有助于加強(qiáng)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性、科學(xué)性。根據(jù)實(shí)際情況，選擇不同的探測雷達(dá)，能夠高效的完成檢測任務(wù)，提供的數(shù)據(jù)也更加準(zhǔn)確可靠，為公路建設(shè)質(zhì)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(shè)計(jì)院巖土公司