浅析探地雷达在公路建设中的应用

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1、浅析探地雷达在公路建设中的应用　　【摘要】随国内经济的飞速发展，国家基础建设投资规模不断增大，公路工程质量控制得到空前重视。基于探地雷达高精度、连续的无损检测方式，其在公路面基层厚度和路面下存在缺陷检测中的应用日益得到重视。本文对其在公路建设前期的地质勘察、施工质量检测和后期维护中的应用实例加以分析，最后就探地雷达技术在公路建设中的应用前景作一展望。　　【关键词】探地雷达基本原理公路缺陷路面探测　　1概述　　随着国内经济的发展，城市基础设施建设发展迅速。交通是国民经济的命脉，它的迅速发展直接影响国民经济

2、，在整个交通运输体系中，公路又是基础中的基础。近几年来，国家每年投资成巨大资金用来修建公路，全国的高速公路迅猛发展，形势十分喜人。但同时也产生了一些新的问题，如现有落后的公路检测手段和高速发展的公路建设之间的矛盾，怎样保证又快又好地检测施工质量，如何提高公路养护管理的水平等，都是一些亟待解决和探讨的问题[1]。本文对其在公路建设前期的地质勘察、施工质量检测和后期维护中的应用实例加以分析，最后就探地雷达技术在公路建设中的应用前景作一展望。　　2探地雷达基本原理　　2.1探地雷达检测原理[2]～[4]6　　

3、探地雷达是利用主频数十至数千兆赫的高频电磁波由地面发射天线（T）送入地下，以宽频带短脉冲形式发射传播，而后通过地下介质界面反射，通过地面一天线（R）接收。如果地下结构有多层介质时，则反射波通过不同介质时均要反射，此种状况反射波为多次反射波。探地雷达主要是通过接收天线和发射天线互相接收电磁波进行工作，并且发射天线与接收天线距离非常近，现在很多设备将两种天线并为一根天线。在公路面层检测时，因介质不同并且界面倾角比较小，反射路径与地面几乎垂直。因此，在测线的不同位置上，电磁波通过介质的双程走时的变化就反映了检

4、测目的层厚度的变化。　　2.2探地雷达系统原理　　探地雷达工作时，在雷达主机控制下，是通过脉冲源产生周期性的毫微秒信号传输给发射天线，发射天线传输信号在传播路径上遇到介质的非均匀体或者均匀面时，产生反射信号，地面接收天线接收反射信号后直接传输到接收机；接收机对信号进行整形和放大等处理后通过电缆传输到达雷达主机，而后传输到微机。在微机中对信号根据信号幅度的大小进行详细的编码，并以伪彩色电平图/灰色电平图或波形堆积图的方式显示出来，经事后处理，技术人员可用来判断地下目标的深度、大小和方位等特性参数。　　3探

5、地雷达基本技术[5]　　3.1天线频率的选择6　　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作为探地雷达，它所面对的是十分复杂的对象，有很多未知而不定的因素。因此，正确的操作，合理的使用，综

6、合的分析，才能减少误差，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，即底界面的回波、地面零点和路面的介电常数。能否正确地确定这些参量，会直接影响探测厚度的精确性。　　3.2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。干扰波形状很有规律性，因此可以用相关分析的方法来抑制干扰波或杂波

7、。在实际操作中，选择路面结构中最厚点作为参考点，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关分析，得到一个比较准确的底界面回波信号，计算出回波时间。而后在探测图像上寻找多个点进行分析对比，直至底界面回波信号显示清晰满意为止。则参考点就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。　　3.3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。地面零6点判断不正确，就会直接影响厚度值的读数。在探测前，可

8、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射波形；拿掉金属板，显示屏上出现雷达波对路面的反射波形；这两种波经过相关对比分析，很容易确定地面水平零线反射波的位置。　　3.4标定路面的介电常数　　设定合适的路面介电常数是保证路面厚度值探测精度的关键参数，由于介质的介电常数受很多因素的影响，如路面材料、结构变化、施工工艺、密实程度、含水量等，各探测点的介电常数会出现差别。为了保证检测结果的有效性和可信度，必须进行标定，通