瀝青路面厚度檢測(cè)中路面雷達(dá)的應(yīng)用

◎ 駱宏兵

伴隨著國內(nèi)公路建設(shè)質(zhì)量指標(biāo)要求越來越高，采取路面雷達(dá)等一些先進(jìn)質(zhì)檢技術(shù)與手段是確保路橋質(zhì)檢質(zhì)量的重要手段。因此，如何才能順利將路面雷達(dá)應(yīng)用于檢測(cè)瀝青路面厚度中值得深入探討。

一、路面雷達(dá)簡(jiǎn)介

路面雷達(dá)是立足于探地雷達(dá)基礎(chǔ)上所發(fā)展起來的一種質(zhì)檢技術(shù)。其中探地雷達(dá)本身作為一種光譜電磁技術(shù)，可以用來測(cè)定地下介質(zhì)的實(shí)際分布情況，相應(yīng)的工作原理和探空雷達(dá)比較相似。由于檢測(cè)的介質(zhì)比較復(fù)雜，探地雷達(dá)不適應(yīng)用于直接檢測(cè)瀝青路面厚度。而路用雷達(dá)則是一種用于檢測(cè)道路結(jié)構(gòu)層的專門雷達(dá)系統(tǒng)，主要構(gòu)成部件包括終端設(shè)備、接收機(jī)、發(fā)射機(jī)、天線以及信號(hào)處理機(jī)所構(gòu)成，具體的檢測(cè)工作原理見圖1。

圖1路用雷達(dá)的基本原理圖

基于圖1的路用雷達(dá)原理圖可知，通過在路基和路面結(jié)構(gòu)層中發(fā)射電磁波，借助其在相應(yīng)介質(zhì)當(dāng)中的傳播與反射作用，通過測(cè)定返回波的波形、波幅與傳播時(shí)間等來對(duì)目標(biāo)體的結(jié)構(gòu)情況或空間位置進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)相關(guān)實(shí)踐研究可知，通過在瀝青混凝土面層厚度檢測(cè)實(shí)踐中應(yīng)用路面雷達(dá)，相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度大約可以控制在3%。在水泥混凝土面層厚度檢測(cè)領(lǐng)域，路用雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度可以控制在5%左右。而在橋面脫空程度、橋面鋪裝層分離情況、水泥混凝土路面基層脫空、定位基層溫縮裂縫等其他方面，路用雷達(dá)也可以開展試驗(yàn)檢測(cè)分析與判定。

二、路面雷達(dá)在瀝青路面厚度檢測(cè)中的應(yīng)用原理與要點(diǎn)

1.路面雷達(dá)在瀝青路面厚度檢測(cè)中的應(yīng)用原理。

瀝青路面厚度檢測(cè)的原理主要是通過測(cè)定電磁脈沖在基層和路基面層交界面部位處的傳播速度與反射時(shí)間，之后通過計(jì)算分析來求出瀝青路面的厚度。厚度檢測(cè)過程的關(guān)鍵是首先對(duì)發(fā)射的電磁波在各層路面結(jié)構(gòu)層當(dāng)中的實(shí)際傳播情況進(jìn)行有效確定，并要對(duì)各道路結(jié)構(gòu)層中電磁波的實(shí)際傳播時(shí)間t進(jìn)行確定。然后要相應(yīng)地對(duì)路面中電磁波的實(shí)際傳播速度v進(jìn)行確定。通過確定上述這兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)之后，即可按照如下計(jì)算公式來確定路面厚度值 h，即：h=v×t。

在反射界面的上層材料和下層材料的介電常數(shù)和界面的反射系數(shù)R幾個(gè)參數(shù)之間同樣伴有一定相關(guān)性，具體可以用如下公式進(jìn)行表示：其中εr1和εr2分別代表上層材料（路面面層）和下層材料（路面基層）的介電常數(shù)；R主要代表反射系數(shù)，可以用如下公式進(jìn)行計(jì)算進(jìn)行計(jì)算。其中A和Am分別代表反射波幅和全反射波幅。

在第一次反射過程中，上層空氣的實(shí)際介電常數(shù)主要為1，這時(shí)候可得：R0=其中A

1主要在面層和空氣界面中電磁波形成的反射波幅；R0則主要代指這一界面的反射系數(shù)。

在第二次反射過程中，考慮到已經(jīng)求得了上層材料的介電常數(shù)，所以以此類推來對(duì)下一層材料的對(duì)應(yīng)介電常數(shù)進(jìn)行求解，即將這一公式同這一反射層的能量損失系數(shù)相乘，經(jīng)過化簡(jiǎn)即可求得最終的計(jì)算公式為：緊接著代入上式對(duì)其進(jìn)行化簡(jiǎn)可得：

其中εr3主要代表路基相對(duì)介電常數(shù)；A2則主要代表基層和面層界面電磁波形成的反射波幅；R1則主要代表相應(yīng)界面的反射系數(shù)。

以此類推，可以對(duì)不同結(jié)構(gòu)層的相應(yīng)介電常數(shù)進(jìn)行求解，這樣通過計(jì)算分析可以逐漸得到不同結(jié)構(gòu)層中電磁波的實(shí)際傳播速度。

速度v和待求厚度結(jié)構(gòu)層中電磁波往返時(shí)間的1/2乘積即可求得相應(yīng)結(jié)構(gòu)層的厚度。按照該種求解公式與思路，可以確定面層（第一層厚度）厚度和基層厚度（第二層厚度）分別為其中Δt和Δt分別代12表地面雷達(dá)所發(fā)射雷達(dá)波在瀝青路面的面層與基層中的往返時(shí)間（ns）。按照上面這種計(jì)算思路與步驟，可以逐步求得不同結(jié)構(gòu)層的厚度。

2.路面雷達(dá)在瀝青路面厚度檢測(cè)中的應(yīng)用要點(diǎn)。

雖然瀝青路面厚度檢測(cè)中路面雷達(dá)應(yīng)用的效果比較好，但是為了確保整體路面雷達(dá)的應(yīng)用效果，確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要采取一些恰當(dāng)?shù)囊?guī)避措施來減少對(duì)路面厚度檢測(cè)帶來的不利影響，具體要點(diǎn)如下：

（1）規(guī)避對(duì)介電常數(shù)的影響。為了避免瀝青路面結(jié)構(gòu)的介電常數(shù)受到影響而對(duì)最終檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性帶來的不利影響，可以采取如下幾個(gè)方面舉措：①降低材料不同或?yàn)r青混合料配合比不同情況的存在，這主要是由于二者保持完全一致后方可具備同等介電常數(shù)。在開展瀝青路面厚度檢測(cè)期間，檢測(cè)公路路段也要保持同樣的介電常數(shù)，所以在實(shí)際的檢測(cè)實(shí)踐中針對(duì)不同瀝青混凝土配合比的路段要分開進(jìn)行檢測(cè)，之后采用不同介電常數(shù)來對(duì)它們對(duì)應(yīng)的厚度值進(jìn)行分別計(jì)算。②要避免含水率、壓實(shí)度以及層厚等指標(biāo)不一致的情況。雨后天晴的瀝青砼路面厚度要在經(jīng)過充分干燥處理后方可開展地面雷達(dá)檢測(cè)，避免透水性影響路面的含水率，否則會(huì)因?yàn)榻殡姵?shù)存在偏差問題而影響最終檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性。同理，針對(duì)檢測(cè)公路路段上路面的鋪層厚度或壓實(shí)度要進(jìn)行測(cè)定，避免它們存在差異性而影響了檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性，所以一般可以多選擇幾個(gè)檢測(cè)點(diǎn)來對(duì)相應(yīng)的介電常數(shù)進(jìn)行分別標(biāo)定，之后以它們的平均值為基準(zhǔn)作為最終檢測(cè)的介電常數(shù)，這樣的檢測(cè)結(jié)果客觀性更強(qiáng)。③保證芯樣標(biāo)定的準(zhǔn)確性，這也是有效確保最終路面厚度檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。

（2）規(guī)避介質(zhì)中電磁波走時(shí)的影響。為了避免瀝青路面介質(zhì)中電磁波走時(shí)受到影響而對(duì)最終檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性帶來的不利影響，可以采取如下幾個(gè)方面舉措：①消除鐵板標(biāo)定文件帶來的影響，即要在不同環(huán)境條件下分別開展鐵板標(biāo)定，并要確保最終檢定結(jié)果準(zhǔn)確性；②要降低地面雷達(dá)天線主頻給最終檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性帶來的不利影響，如果瀝青路面厚度小于10cm，那么雷達(dá)天線頻率適宜控制在2G。通過采取有效的手段來防范雷達(dá)因素影響，更容易全面確保最終地面雷達(dá)檢測(cè)瀝青路面厚度結(jié)果的準(zhǔn)確性。

三、結(jié)束語

總之，地面雷達(dá)是檢測(cè)瀝青路面厚度準(zhǔn)確性和可靠性的一個(gè)有效檢測(cè)方法。在瀝青路面厚度檢測(cè)中應(yīng)用地面雷達(dá)期間，要規(guī)避對(duì)介電常數(shù)的影響和介質(zhì)中電磁波走時(shí)的影響，同時(shí)要嚴(yán)格按照規(guī)定的檢測(cè)流程開展檢測(cè)和分析判定，力求全面確保瀝青路面厚度檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性。