公路工程质量检测的探地雷达应用

2022-10-21

世界上各国都对公路无损检测技术提出了规定, 美国测试与材料学会 (ASTM) 、国际标准组织 (ISO) 、英国标准研究院 (BSI) 提出了公路无损检测方法必须满足下列条件: (1) 他们能精确确定缺陷区的形状、大小和深度; (2) 他们必须是无损的; (3) 它们必须能在大范围内进行检测与定位; (4) 它们必须是劳力省、装备轻; (5) 它们必须不受周围环境的影响; (6) 它们必须方便使用者。探地雷达是一种能满足上述要求的的公路无损检测技术, 现已在国内外的到广泛应用。

1 探地雷达工作基本原理

探地雷达 (Ground Penetrating Radar, GPR, 又称地质雷达) 由发射部分和接收部分组成。发射部分由产生高频脉冲波的发射机和向外辐射电磁波的天线 (T) 组成。通过发射天线电磁波以60°~90°的波束角向地下发射高频电磁波 (106Hz~109Hz) , 电磁波在传播途中遇到电性分界面产生反射。反射波被设置在某一固定位置的接收天线 (R) 接收 (见图1) , 与此同时接收天线还接收到沿岩层表层传播的直达波, 反射波和直达波同时被接收机记录或在终端被显示出来。

雷达波双程走时 (即雷达波在介质中的传播时间) 为:

当地下介质中的波速v为已知时, 可根据精确测得的走时t, 由 (1) 式求得目标体的深度z。式中x值即发射天线与接收天线的距离, 在剖面测量中是固定的;v值可用宽角法直接测量, 也可以根据近似计算公式:

式中:c为光速, 为地下介质的相对介电常数。

雷达波的双程走时由反射脉冲相对于发射脉冲的延时而确定。雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录。波形的正负峰分别以黑色和白色表示, 或以灰阶或彩色表示。这样, 同相轴或等灰度、等色线, 即可形象地表征出地下反射界面。

反射脉冲波形的明显程度, 是对探地雷达图像进行地质解释的重要依据。它决定于发射脉冲波的能量、波在地质界面上的反射特性以及波在地下介质中传播时的衰减情况。反射特性决定于物性界面的波阻抗差异, 以反射系数描述。

2 公路结构层厚度检测

公路是由土基础、二灰土、二灰碎石、面层等构成, 由于空气、沥青面层、二灰碎石、土壤等介质的介电常数不同, 电磁波在介质发生变化的界面产生反射波。

图2为电磁波在探地雷达检测剖面图。

公路路面厚度检测是公路无损检测的主要内容之一。一般简易路面厚度10cm~20cm, 高等级公路路面厚20cm~30cm, 机场跑到路面厚40cm, 这就要求路面厚度检测有较高的垂向分辨率。路面厚度检测的探地雷达必须具有高分辨率与高计精度。

3 结语

路面检测与评价是公路建设中的关键性、基础性技术, 不仅对于检验和控制工程质量至关重要。路用探地雷达具有检测内容丰富, 测试速度快, 取样密度高对路面无破损, 以及获取水泥路面的脱空、沥青交界面的剥落、基层的压实松散情况等信息方面的优势, 而且定期、快速地跟踪路况, 掌握路面病害的成因与发展, 及早发现路面的潜伏病害, 及时实施路面预防性、针对性的养护。

摘要：对新公路的有效、快速、无损检测是对公路铺设公司的有效监督, 可以侧面保证新公路的质量, 进而对公路质量提出更高要求。可以有效避免应公路维修所带来的成本。尤其在山西省孝义市这样煤运发达的地区, 公路的质量对路费有直接关系, 所以有效保证公路质量意义重大。

关键词：探地雷达,路面厚度检测,结构层厚度检测