地质雷达在沥青路面离析检测中的应用

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1、http://www.paper.edu.cn地质雷达在沥青路面离析检测中的应用张邦通河海大学交通学院，南京（210098）E-mail：btong01033121@sina.com摘要：本文介绍了沥青路面离析现象及其检测方法，而地质雷达检测沥青路面离析在国内还处于一片空白，本文通过分析地质雷达的基本原理以及介质介电常数与空隙率的关系，同时介绍国外应用探地雷达的技术，说明地质雷达在沥青路面离析检测中应用是值得推广的。关键词：沥青离析；地质雷达；介电常数；空隙率1.引言目前，我国高速公路等交通基础设施建设有了较大的发展，但沥青路

2、面质量状态却并不理想，许多沥青路面出现早期损害现象。离析是造成沥青路面早期损害现象发生的主要原应之一。离析[1]是指混合料在生产和施工环节中发生了非均质性的变化，表现为级配的变化，粗细不均、沥青含量变化，路面空隙率变化等现象。由于离析的存在，实际的级配，沥青含量严重偏离设计值，从而使配合比设计成为虚设，路面质量处于失控状态。造成混合料离析的原因是多方面的，从混合料设计，原材料进场与管理，混合料的生产，卡车的装料运输到摊铺碾压，各个环节控制的好坏都会直接影响到最终路面的离析程度。从离析的表现形式与根源上可以将其归为三类：一是材料

3、离析，表现形式是沥青混合料中粗集料与细集料的分离、沥青含量的波动和空隙率的变化。其中的原因与粗集料比细集料有更大的运动能量，可以到达更远的距离有关。二是温度离析，其表现形式是混合料不同部位产生温度差异，在施加相同压实功时，产生不同的压实度和不同的空隙率。三是碾压离析，其表现形式是在压实过程中施加的压实功不同，会造成路面压实度的差异和空隙率的变化。目前常用的离析检测方法有无损检测和破坏性检测两种[1]。无损检测顾名思义就是对检验对象进行无破损的检测，这种方法是施工过程中判别离析最有效的方法，因为它可以在施工过程中及时地反映出整个

4、摊铺层的特点。目前所用无损检测法主要有三大类：构造深度法、红外温度法、核子法或无核法。构造深度法采用铺砂法或激光法测定路面构造深度的变化，反应路面的离析程度；红外线摄像仪用来检测温度离析；核子或无核密度仪是通过测定沥青路面密度变化反映离析程度。选择合适的离析检测方法对研究本身具有十分重要的意义。目前主要通过沥青面层表观的离析判读（目测法、铺砂法、激光纹理法）与内部压实检测（核子密度仪法、红外摄像仪法、无核密度仪法、钻芯法）等方法来定量评价沥青路面的离析状况。地质雷达作为近十年来发展起来的地球物理高技术方法，以其分辨率高、定位准

5、确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图象显示等优点,备受广大工程技术人员的青睐。现已成功地应用于岩土工程勘察、工程质量无损检测、水文地质调查、矿产资源研究、生态环境检测、城市地下管网普查、文物及考古探测等众多领域,取得了显著的探测效果和社会经济效益,并在工程实践中不断完善和提高。地质雷达在道路的检测中已经得到了广泛的应用。河海大学交通学院在京珠高速公路成功的完成了路基缺损空洞和松散的检测，以及在商开高速公路上运用瑞利面波对路基密实度检测，但是地质雷达在沥青路面离析的检测还处于研究之中，本文通过分析地质雷达的基本原理，阐述地质

6、雷达测的介电常数与空隙率关系，从而提出运用地质雷达检测沥青路面离析，同时参考国外离析评价标准，提出相应的评价标准。-1-http://www.paper.edu.cn2.基本原理地质雷达[2](groundpenetratingradar，简称GPR)，也称为探地雷达或透地雷达。GPR技术是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁技术。地质雷达与探空雷达相似,利用高频电磁波(主频为数十数百乃至数千兆赫)以宽频带短脉冲的形式,由地面通过发射天线向地下发射,当它遇到地下地质体或介质分界面时发生反射,并返回地面,被放置在地表的接收天线接收

7、,并由主机记录下来,形成雷达剖面图。由于电磁波在介质中传播时,其路径、电磁波场强度以及波形将随所通过介质的电磁特性及其几何形态而发生变化。因此,根据接收到的电磁波特征,即波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度、频率和波形等,通过雷达图像的处理和分析,可确定地下界面或目标体的空间位置或结构特征。电磁波传播路径如图1所示。天线发射天线接收空气面层基层底基层图1地质雷达传播路径示意图沥青路面主要由集料、沥青、空气组成的三相材料，当沥青路面密度低时，其空隙率大，空气含量多，反之亦然。各种材料的介电常数都不一样，空气的介电常数为1，是最小的

8、；沥青为2.4，集料为8.2。而空隙率[1]是沥青路面重要的体积参数之一。适宜的空隙率是沥青路面长期使用能力的重要保证。施工质量良好的沥青路面必然要求路面空隙率分布均匀。同时，空隙率分布的均匀程度又是温度离析和级配离析情况的综合作用结果。因此，可以利用空隙率分布来评价沥青路面