浅谈探地雷达在公路检测中的应用

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1、浅谈探地雷达在公路检测中的应用【】探地雷达检测，以其特殊的优势被迅速应用于公路检测。文中主要论述了探地雷达的基本工作原理，方法技术，影响探地雷达测厚精确度的几个主要参量，及它在公路中的应用等。　　【关键词】公路；检测；探地雷达　　　　探地雷达(GroundPeratingRadar，简称GPR)勘察方法以其非破坏性探测、抗干扰性强、分辨率高、操作方便等优势，在较短的时间内被迅速推广应用于国内外公路质量检测中。我国自2O世纪9O年代引进探地雷达系统开展在道路、隧道、堤坝，灾害地质调查等方面的应用研究工作，取得了良好的社会效益和经济效益。　　1.探地雷达工作基本原理　　探

2、地雷达又称地质雷达，由发射和接收两部分组成。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6O～9O0的波束角向地下发射高频电磁波(106～109Hz)，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，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

3、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.检测原理及天线频率的选择　　2.1探地雷达检测的基本原理　　探地雷达是依据高频电磁波传播原理进行工作的，根据电磁波传播理论，电磁波在穿过层状介质时，遇到上下不同介质层，电磁波产生折射与反射，由接收天线接收介质反射的回波信息，经计算机对接收的信号及信息进行分析处理（电磁波的反射特性仅与介质的介电常数有关）。探地雷达发射的电磁波在地层中传播的过程中，遇到

4、该反射界面就会产生反射波，从而探地雷达根据不同的反射波的振幅、相位及频率特征进行对比，确定路面的结构层厚度及路基病害，公路路基、路面、隧道衬砌的层状结构特点，以及各层不同材料的电磁特性适合于探地雷达的检测，探地雷达不仅可以在公路运营期中检查出多种病害，如路面沉陷、脱空、桥头搭板损坏、路基损坏等，而且还可以在建设时期检测出施工质量，如路面施工中路基、路面厚度，隧道衬砌质量等。此外，对于钢筋混凝土结构物中的钢筋，由于探地雷达在接收钢筋反射的信息时，形成明显的反射与绕射，通过计算机对这些特征的分析，从而确定钢筋在施工中的数量与钢筋的尺寸是否符合设计标准。　　2.2天线频率的

5、选择　　通常情况下，简易路面厚度为10～20cm、高等级公路路面厚度为20～30cm、机场跑道面层厚度为40cm。在检测中需根据检测目标界面的埋深，选择合理的天线中心频率，方可取得最佳效果。天线中心频率的选择要兼顾目标深度、目标最小尺寸以及天线尺寸是否符合场地需要。在满足分辨率且场地条件许可的情况下，应尽量选择中心频率低的天线。　　3.影响探地雷达测厚精确度的几个主要参量　　探地雷达能否用来检测厚度，精确度能否达到规定的要求，一直是人们关心的问题。因对电磁波理论的掌握以及计算机技术的成熟，使得应用探地雷达检测路面厚度的精确度完全可以满足规定的要求。作为探地雷达，应正确

6、的操作，合理的使用，综合的分析，以减少误差，达到规定要求的精确度。应用探地雷达进行检测时，首先要调整好波形，选择适当的时间窗口、步长(测点距)等，以获取最佳信息。有了全部信息，要从中提取出路面的真实厚度值，必须确定以下几个主要参量，能否正确地确定这些参量，会直接影响探测厚度的精确性。　　3.1确定底界面的回波　　由于目前还不能从原始波形中直接精确区分路面与路基界面的反射回波，因此，如何提取界面回波信号是解决问题的核心。鉴于大部分和主要的干扰波都是相对固定的，因此可以用相关分析的方法来抑制干扰波或杂波。利用一个不含界面反射信号的回波信号与含有界面反射信号的回波信号进行相

7、关分析，就可以得到一个比较准确的底界面回波信号，从而确定底界面回波时间。在实际操作时，就是将路面结构中的最厚点作为参考点。参考点的选择，最简单的方法是从探测图像上寻找，可以多找几个点进行对比，直至底界面回波信号显示清晰满意为止。参考点也可以通过探测的波形分析来确定；或选用已有钻探的最大厚度的探测点作为参考点。　　3.2确定地面零点　　有了底界面的回波时间，还必须正确判定地表面的位置，才能确定电磁波在面层中的实际传播时间。地面零点判断不正确，就会直接影响厚度值的读数。因此，在探测前，可以先把一块金属板放在收发天线下面，这时显示屏上得到的是一个很强的全反