探地雷达在市政工程下方缺陷探测中的应用

王涛 杨逍 龚源

摘 要： 探地雷达是基于现代科技而产生的一种地质探测性技术，其由于能够透过地表对地表深处情况进行探测，所以也称透地雷达。该技术主要利用10.6-10.9Hz的无线电波进行地下介质的探测，所以其探测基本不会对地下介质本身产生任何影响，属于无损探测范畴。今天，探地雷达不仅以其现代高新技术领域的最高成就应用在仪器设备上，而且也广泛的应用到了其他领域。如现代城市发展下，市政工程中运用探地雷达检测技术原理快速、高精度地反映工程的缺陷，以便及时修复并提高工程整体质量与安全。本文就主要针对探地雷达在市政工程下方缺陷探测中的运用展开初浅探讨。

关键词： 探地雷达;检测;公路

【中图分类号】TU959     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.38.078

1 探地雷达概述

探地雷达是基于平面谐波在介质中所呈现出的传播规律而研发出来的。其在地面部分利用发射天线向地下发射高频率电磁波，再利用接收电线接收反馈至地面的电磁波。因为电磁波在地下介质会因传播频率分量的不同而形成不同的相速传播，所以传播过程中必然产生信号波形的畸变。探地雷达最终结合接收天线接收到的电磁波的相关特征来进行分析，就可以形成对地下介质或目标体情况的判断，进而掌握地下的具体情况。探地雷达通常采用高频脉冲电磁波进行探测，所遇的介质一般可以简化为各向同性介质，但有时也需要考虑各向异性的问题。

探地雷达是一种高速，高分辨探测技术，可以对路面及地下目标进行无损检测等，追赶着现代社会发展步伐，探地雷达其精确确定缺陷区的形态位置、大小和深度，无损检测操作方便、高速，节省劳力，不受周边环境影响等特点正慢慢应用在国内外的公路和城市道路中。

2 探地雷达的应用范围

我国高速公路的快速发展使得现代公路质量检测任务日益繁重，探地雷达无损检测技术的应用优势也日益凸显。此外，已经建成的公路后续维护工作、路况质量安全保障工作等的工作量也再急剧加大，所以如何在不破坏路面原有结构以及不影响车辆正常行驶的前提下，能够更有效的对公路质量进行精准控制就成为一个难题。而探地雷达也正是在解决这一难题的过程中被广泛应用的。

2.1 道路厚度检测

实际工作中在道路质量控制方面，道路面层厚度检测无疑是无损检测的最重要的一部分。一般道路路面厚度10至20厘米，高等级道路路面厚度20至30厘米，而机场跑道路面厚度约40厘米。以往所采用的钻心取样法实际应用中会破坏原有的路面结构，耗时耗量，具有盲目性，整体效率低，且在现今比较复杂的交通背景下形成的风险较大。因此探地雷所具有的较高垂直分辨率优势就可以在这一检测领域得到充分发挥。通过对探底雷达测量道路面层厚度的原理的理论分析，它在工程质量检测中是具有独特优势存在的。

2.2 道路测厚精确度的主要参量

近年来，人们对电磁波理论的掌握越发纯熟，同时计算机技术发展水平也越来越高，所以探地雷达在路面厚度监测精度方面已经基本满足了相关要求。要达到探地雷达规定要求的精确度，在实际应用中应操作正确、使用合理、分析全面，防止出现误差。探地雷达实际检测中，调整波形是首要任务，之后选择好恰当的时间、步长，测电距等，以获取最佳信息从中确定影响测量厚度的精确性的主要参量即底界面的回波、地面的零点和路面的介电常数。

2.3 路基和路面病害检测

共同承担车辆的荷载作用的是路面和路基，同时他们是公路上程的主要结构物。公路一旦完工后将进入应用阶段，因受自然条件和车辆荷载问题影响会造成路基和路面不同程度的改变。如路基的不均匀沉降将进一步引发路基内部的空层、空洞、暗穴、滑塌等问题，进一步发展就将使路面产生裂缝。此外，因路基与路面受不同荷载、环境、材料组成、结构组合、养护方法等的影响，其受损的类型也是各不相同的。基本有三种类型：裂缝类（如横向裂缝、横向裂缝等）、变形类（如推挤、拥包、车撤等）。上述种种病害都在极大程度上对路面结构产生负面影响。

再者，因空气中介质电常数最小，所以电磁波在遇到空洞后其产生的反射也将显著弱于基层材料。这种反射桑的差异可以在雷达波形图中清晰呈现出来。通常情况下，路基含水量多的情况多出现在沥青混凝土路面下，而空洞也主要存在于混凝土板块下。探地雷达检测技术应用其中则可以及时把控路面实际损害程度和受损范围。

3 探地雷达在市政工程下方缺陷探测中的应用

路用探地雷达不仅能够对路面层厚度进行准确监测，还能够有效的完成工程下方缺陷的详细检测，从而为市政工程的维护与保养提供便利，也为市政部门提供了一种关键的监测技术。正是由于探地雷达本身所具备的无损、快速、连续、高精度、高分辨率、实时成像等特点，其己经广泛应用到公路工程建设的全过程中，如在公路建设前期可以利用该雷达做好基础性的探测工作，详细了解地质结构和不良地质体，并对其做好初步的梳理划分;再比如在具体的施工过程中，可以运用探地雷达来对其路面结构层厚度进行检测与控制，以确保施工质量;而在公路建成后的运营阶段，则可以继续应用该技术进行公路日常检测，以便能够提前发现各种隐患并为公路养护维修提出建议，从而保证市政工程养护维修的质量。

在公路工程中，探地雷达最早只是被用于测量路面层厚，但在不断发展过程中，该技术也日益成熟，其在公路质量控制与下方缺陷探测中的运用都取得极大突破，这完全仰仗于人们对地下介质的电性以及波频率研究的不断深入。例如随着导电率的上升，其穿透深度将不断变小，随着频率的上升，其穿透深度也将变小，反之亦然。正是基于这一原理，探地雷达逐渐在当前市政工程下方缺陷探测上的应用逐渐增多。实践中解决了市政工程建設与养护的许多难题。

4 结束语

在城市公共建设、地质灾害防治及其它领域中，探地雷达检测技术作为高新检测技术的作用日益显著。它的特点突出如高效、无损、快速、连续，它的使用大大提高了公路建设过程中的检测效率和精度，也为提高道路建设过程中的质量提供了有力的监督保障手段。随着雷达技术的不断发展及电磁波动力学理论的进一步完善，雷达技术在市政工程领域中将会具有其独特的应用前景。

参考文献

[1] 张蓓，路面结构层材料介电特性及其厚度反演分析的系统识别方法——路面雷达关键技术研究[D]重庆，重庆大学，2003.

[2] 肖辉，上海市市政工程管理吃[J]中国市政工程，2001.