雷達技術在公路檢測中的應用分析

徐凱雯

摘 要：公路是國家的重點項目，它們的存在對于帶動國家的經濟進步有著非常重要的意義。然而當前時期我們國家的公路項目的品質并不是非常完美，存在各種各樣的問題。因此，必須積極開展檢測工作。過去的檢測方法的效果并不是非常好，其主要是依據規(guī)定選擇測試點，然后鉆探取樣，最后分析數據，以此明確工程數值。這種方法的局限性較為明顯，所以假如可以研究出一種速度快、顯示直觀并且可以體現道路內在情況的檢測方法的話，必然會將道路建設品質提升到一個全新的層面。在這種背景之下，雷達技術開始被運用到道路檢測工作之中。如今，它的穩(wěn)定性以及時效性受到越來越多人的認同，不過因為這項技術還不是很成熟，因此到目前為止還未形成相對統(tǒng)一的技術標準，使得檢測效果不盡人意。具體來看原因主要在于工作頻率以及作業(yè)措施等選取不合理或是沒有事先估計探測深度等。筆者在這個前提之下，具體分析了探地雷達對于道路檢測工作的意義所在。

關鍵詞：探地雷達；雷達無損測試技術；公路檢測；應用

中圖分類號：TN95 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）22-0162-02

當我們開展公路建設工作的時候，一般使用鉆芯取樣措施來明確路面厚度。該措施在使用的時候會對路面造成各種程度的影響，而且因為它的代表性不是很強，人為干擾要素較多，會導致結果有失公正。在這種背景之下，探地雷達技術開始被運用到道路檢測工作之中。該方法的優(yōu)點眾多，比如它采集信息的速度快、精確性高、不存在損傷現象等。正是因為其存在上述優(yōu)點，所以它能夠很好的彌補傳統(tǒng)措施的缺陷，有著重要的存在價值。

1 探地雷達無損測試技術對公路檢測異常的識別

1.1 探地雷達工作原理

通常來講，探地雷達在工作的時候是借助發(fā)射天線的形式把電磁波傳達到地下，然后借助目標體反饋回地面由天線接收。當電磁波傳播的時候，它的幅度以及頻率等會因為傳輸介質的改變而發(fā)生改變，依據波段的相位以及幅度等生成我們所需的持續(xù)的剖面圖，進而獲知地層厚度以及構造特征等信息。

當我們使用雷達技術測試之后可以獲取各種道路問題對應的異常圖像，然后將圖像歸類，在做好鉆孔驗證工作的前提之下，總結道路潛在的各種缺陷問題的表現特點，經由分析這些缺陷特點，在后續(xù)的檢測中可以從圖像上直接判定出問題所在，此時就不需要再次鉆孔了，也就是說能夠保證路面不被損害。

1.2 探地雷達無損測試技術

要想得知問題路面的雷達圖像，首先就需要了解正常的路面雷達圖像。眾所周知，路面的結構呈現出明顯的層次化，而每一層使用的建筑材料都不是完全一樣的，正是因為存在材料差異因此導致其介電性也有一定的不同之處，通過測試可知，對于正常路面來講，其雷達異常圖像的波相同相軸或色譜圖將呈現為近水平線型展布，所有層中的信號的強度大體上是相同的，體現到圖像之中的話是不會有特別明顯的差別的。判別正常路面基層探地雷達檢測圖像的標志。

路面基層的上下界面對應著明顯的負峰、平緩、近水平的同相軸或色譜線條，其內對應沿剖面均勻分布的色譜特征。

因路面基層較厚而分層鋪筑的條件下，除具有上述圖像特征外，基層內同料分層鋪筑的界面處一般還會呈現微弱的、斷續(xù)的、負峰、平緩、近水平的同相軸或色譜線，如果圖像越窄越弱的話，就表示著項目質量越優(yōu)秀。相反的話就表示界面存在問題，比如過于松散或是存在夾層。

2 探地雷達在公路檢測中的應用

2.1 雷達對地層空洞的探測

當前的公路施工工藝十分復雜，其路面的施工品質關乎到道路的總體品質。由于很多干擾要素的存在導致路面問題頻出，比如基層縫隙或是面層破損。而一旦出現問題的話就會導致結構改變，最終使得結構間的布局發(fā)生改變。在這種背景之下，雷達釋放電磁波和正常區(qū)域的路面比對，我們就可以從剖面圖中獲知路面問題所在。

2.2 公路裂縫調查

對于公路來講，其縫隙問題的最明顯影響是會導致雨水滲透到其中，使路面以及路基等都會被損毀，導致道路無法正常運行。探地雷達在公路裂縫調查中，主要是對反射波同相軸的分析研究，進行公路裂縫檢測實際工作時，要設置天線中心頻率保持在1000赫茲左右。如果天線的頻率相對較為穩(wěn)定，同時其寬度以及路面的規(guī)模等相對一定的情況下，我們可以以同樣的速度持續(xù)測試，以此來保證檢測結果的精準。

3 雷達無損測試技術在公路檢測上的應用

雷達無損測試的檢測速度非?？?，最主要的是對目標不會產生負面影響。此類檢測裝置以及方法非常直觀便捷，而且可以明顯的節(jié)省工作者的工作量，降低工作強度，從一定層面上講使得管理工作進入到新的發(fā)展時期，意義重大。開展路面和橋梁無損檢測與評價技術的研究，將在控制道橋施工質量、深入認識路面長期使用性能、改善路面設計、優(yōu)化道路改造方案及提高路網維護水平等方面具有深遠而現實的重要意義。該技術的存在能夠明顯的提升道路的施工品質，增加道路使用時間，把它合理的運用到道路檢測活動之中，可以在第一時間獲知項目潛在的問題，對于避免道路出現過早破壞有著非常重要的意義。

3.1 路面厚度、密實度測試

雷達發(fā)射電磁脈沖，以較快的速率穿透道路表面，脈沖反射波被無線接收機接收，數據采集系統(tǒng)記錄返回時間和路面結構中的不連續(xù)電介質常數的突變情況。由于路面有很多的結構層，而每個結構層使用的材料完全不一樣，因此其電介質的數值也是不一樣的。電介質數值突然發(fā)生改變的地方就是兩個結構層的接觸面。通過獲取的電介質數值以及速率等，可以獲知路面所有的結構層的含水率以及厚度等等信息。通常路面雷達測試速率的快慢和采樣的頻率有著非常直接的關系。通過無數的實踐我們可知，路面雷達的存在為我們開展厚度測試以及含水率測試等工作提供了極大的便利。通常來講，把合乎強度規(guī)定的電磁脈沖釋放到地下的介質里面，然后論述采集的地域波形數值，比如傳遞時間以及幅度等，可知介質構造以及方位等信息，假如介質的密度較低，或是有大量的積水存在的話，此時雷達的剖面相位以及它們的幅度等都會有一定的改變。

3.2 雷達無損測試的勘查與定位

其原理是借助傳感器穿過結構面層，此時較短的聲波脈沖可以傳播，同時材料表層的發(fā)射信號會被設備獲取。此類信號的介電數值并非完全一樣的，最終獲取的數據是持續(xù)截面。它的風險較之于別的方法來講要低很多，在使用的時候會釋放電磁脈沖，然后經由天線傳遞。沖擊波在傳遞的時候如果碰到界面的話會發(fā)生折射現象，而且會被設備保存。此時天線發(fā)射裝置會把頻率較高的電磁波傳遞到介質之中，當經過明顯的有差別的介質的時候，設備會接受一些被反射的電磁能，另外的一些會繼續(xù)傳遞。我們通過分析反射波的傳遞時間和它的傳遞速度等，就能夠得知反射面和表面的間距。依據反射波的振幅以及波形等的改變情況，可以得知介質屬性。該方法的優(yōu)點非常明顯，比如它的測試速度十分快，應用區(qū)間廣，最關鍵的是它的安全指數高。正是因為該技術有如此多的優(yōu)點，因此它被大量的運用到很多條件較差的區(qū)域之中。

3.3 雷達無損測試病害與養(yǎng)護技術

當我們使用雷達技術測試之后可以獲取各種道路問題對應的異常圖像，然后將圖像歸類，在做好鉆孔驗證工作的前提之下，總結道路潛在的各種缺陷問題的表現特點，經由分析這些缺陷特點，在后續(xù)的檢測中可以從圖像上直接判定出問題所在，此時就不需要再次鉆孔了，也就是說能夠保證路面不受損害。地質雷達在瀝青路面病害的無損檢測和養(yǎng)護中使用較多，測試時主要包括測試布線、確定水平采樣點距、時窗選擇、天線頻率選取、垂向取樣點距選取等關鍵步驟。進而分析數據，明確面層波速以及含水率等數值，真正實現無損檢測。

4 結束語

探地雷達是利用高頻電磁脈沖波（10～1000MHz或更高）以寬頻帶短脈沖形式由發(fā)射天線送入地下，其脈沖在傳播的時候會遇到各種不一樣的介質面，此時一些雷達波釋放的能量會反射到地表由天線接收。探地雷達探測的是來自地下介質交界面的反射波，每一記錄道的雷達數據n（t）可看成是雷達脈沖子波b（t）與反射波系數序列R（t）的卷積，式子中，子波b（t）取決于所使用的雷達系統(tǒng)，而R（t）則包含了地下介質的相關信息。通過探地雷達記錄的反射波到達地面的時間t和反射波的波幅來研究地下介質的分布，以其特有的高分辨率在淺層或超淺層探測中有著極其廣闊的應用。我們堅信由于科技不斷發(fā)展，該項檢測工作一定會開展的更加到位，檢測技術會更為先進，其運用區(qū)間也會更寬泛?？偟膩砜?，隨著脈沖回撥技術、波形接收信號分析、現代電子技術以及高靈敏傳感系統(tǒng)等的不斷發(fā)展，雷達檢測技術必然會朝著全新的方向發(fā)展，此時無損檢測裝置也會朝著更小、更集約、更安全的方向發(fā)展。

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