公路工程检测过程中雷达的应用

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0引言

钻芯取样法是在公路建设过程中最常采取的一种传统的检测路面是否安全的方法，这种检测方法会对公路造成破坏，不具备代表性，人为因素的影响非常之大，并且其检测结果缺乏准确性。现如今，科学技术快速发展，在公路工程检测的过程中引入了地质雷达检测技术。这项技术有快速采样、检测精度高、分辨率高，经济无破损等等特点，很好的弥补了传统检测方法的不足，因此，将地质雷达技术应用在高速公路检测中具有非常重要的意义［1］。

1工作原理

1．1系统构成

完整的探地雷达(GPR)包括多个系统，具体的发射机，接收机，天线和信号处理等发射机传输，脉冲雷达信号控制电路，信号的天线辐射到人行道上，紧随其后的是接收反射信号，接收信号的过程中，需要使用放大器进行信号放大，然后将信号放大信号处理设备进行处理。同时，天线可以用来发送和接收信号，耦合天线在地面和空气耦合信号是主要的两种类型的天线，发射器和接收器不断与天线连接和切断分离器，分离器主要是防止接收机输入元素被高能发射机的输出;接收反射信号数据采集、存储、处理和显示了信号处理设备。

1．2检测原理

地质雷达探测原理是低到地面点火脉冲式高频电磁波，电磁波传播过程中如果遇到的对象不同的电气、散射和反射，反射电磁波天线，然后分析电磁波处理，不同的反射波的强度和形状，双向旅行时间反映了不同的结构，位置和电气性能。使用脉冲电磁波反射地质雷达探测技术的原理于公路工程结构层，疾病检测、预防、隐患，因为它是一种非接触式的物理检测方法，因此，可以解决许多公路工程中的问题。

1．3检测依据

地质雷达探测技术具有无损检测的特点，而且经常被用于高速公路探测，因为地质雷达探测深度小的特点，高分辨率，因此，即使测试中没有电的区别在道路和道路，也可以检测到。电的区别越小，反射系数越小，使反射信号越少，反之亦然。当前道路结构层分为三部分:表面，基础和地基。水泥混凝土材料或改性沥青材料建筑通常用于路面、稳定碎石、石灰稳定材料，水泥稳定材料分类的水泥混凝土和粉煤灰石灰材料通常用于路面基层。使用水泥混凝土路面材料建筑，介电常数在3～5之间，用沥青材料建筑，介电常数在5～10，高速公路基层介电常数在8以下。由于各种结构层不同的介电常数，为地质雷达探测技术的应用提供了有效的检测基础［2］。

2发展现状

2．1探地雷达技术的发展

由于电磁波的地下介质衰减强，同时与空气相比，地下介质更加地复杂和多样，因此，在早期，探地雷达主要被用在冰层和岩盐矿等介质中，随着时间的推移，在20世纪70年代以后，不断地涌现诸多的新材料和新技术，探地雷达技术也得到了快速的发展，水平也有大幅度地提高。现如今，探地雷达技术被运用在道路下空洞以及裂缝探测、埋设物探测等等多个领域，取得了比较好的成效。

2．2国内外主要探地雷达

经过这么多年的研究，探地雷达(GPR)已成为一项成熟的技术，国内外许多制造商研发出不同的探地雷达(GPR)系统。加拿大和美国的技术是最成熟的，国外探地雷达(GPR)设备和服务公司主要有五家，第一家是地球物理探测设备，从15MHz～2GHz探地雷达(GPR)系统，并用于处理数据分析软件包，更全面，第二个公司是美国的Penetradar公司，该公司提供了探地雷达(GPR)系统和相应的数据分析，第三家公司是美国脉冲雷达、探地雷达(GPR)设备和道路检测服务，还有加拿大的探地雷达，该公司的系统主要用于高速公路和桥面板检测。在我国，主要研究对象为电磁散射特性模拟和数据处理方法，对硬件系统并不完美，但在吸收国外的经验，研发出了雷达原型，例如，中国科学院SI2R类型的探地雷达(GPR)，东南大学GPR-Ⅰ型迪泰探地雷达(GPR)和大连理工大学的探地雷达等。中国电波传播研究所和国际阿德尔地雷检测技术有限公司，是一家业务化探的主要单位，开发了一系列的软件和硬件产品。最早的研究单位开展地下目标探测技术是中国电波研究所有限公司开发的系列探地雷达(GPR)系统，并介绍了高等级公路探测器的风格。

3雷达在公路工程检测中的应用

3．1检测厚度

《公路质量检验评定标准》规定，高速公路沥青层厚度和总水平偏差5%的h(mm)，极端值是10%h(mm);上层代表值是10%(mm)，极端值是20%(mm)的值代表水泥－5%(mm)，极端值是10%(mm)。传统方法是钻井方法，该方法会破坏路面，从而限制检测的次数，也不能保证测试的客观性。探地雷达(GPR)是不同的，主要根据电磁脉冲的传播在路面和路基接口速度以及旅行时间确定，因为是一种无损检测技术，可以非常好的解决上面的问题，对厚度检测的精度，探地雷达(GPR)设备已经达到了正常的标准。德克萨斯交通研究所一直在使用探地雷达(GPR)检测厚度，使用TERRA检测数据处理软件，发现平均0．75cm的偏差，符合分析探地雷达(GPR)标准。

3．2探查路下隐患

很难感知道路隐患，只有在很长一段时间后，会造成损失，维修道路往往需要相当大的成本，难度非常高，甚至给公路的正常通行带来不利影响。探地雷达检测隐藏的危险具有的独特的优势为，通过检测问题可以及时发现，避免道路坍塌，缩短公路养护时间，避免主道路的内在质量和寿命受到间接破坏、严重破坏。探地雷达(GPR)仍处于探索阶段，1980年早期在国外做相关测试，获取信息从人行道上呼应，路面位置、深度和尺寸数据可以发现，与此同时，有关学者研究其缺陷，空气耦合天线是用于分析缺陷检测，取得了理想的结果。大量的试验结果表明，探地雷达(GPR)是一种非常有效的方法，值得推广应用。

4探地雷达数据预处理

预处理包括基本消除固定杂波、信号处理、过滤等，主要用于消除无效的数据，提高数据质量，提供可靠的数据源进行下一阶段的处理。正常处理主要包括一些常用的数字信号处理方法，这些方法基本上是相似的，可以提供基本的处理结果，进一步方便工作人员分析，为处理提供依据。一些特殊的处理方法中需要使用先进的治疗，在路上与探地雷达数据处理主要路面估计的电磁特性、层厚度和异常检测方法。通过上面的数据处理，并使用结果的图像或语句，对道路状况进行综合评价。

5结语

地质雷达与无损检测技术、高分辨率、精度高、效率高等显著特点，在公路工程检测中运用地质雷达检测技术，有助于加强检测结果的准确性、科学性。根据实际情况，选择不同的探测雷达，能够高效的完成检测任务，提供的数据也更加准确可靠，为公路建设质量提供可靠的保障。

作者：董博 单位：山西省交通规划勘察设计院岩土公司