地质雷达在某公路路面检测中的应用

第２７卷第３期　２０１０年６月　贵州大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）　Ｖ０ｌ＿２７　Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．２Ｏｌ０　文章编号１０００—５２６９（２０１０）０３—０１１４—０４　地质雷达在某公路路面检测中的应用　王先桃ｈ，包摘太　（１．贵州大学学报编辑部，贵州贵阳５５００２５；２．贵州大学土木建筑工程学院，贵州贵阳５５ｏｏｏ３）　要：介绍了ＥＫＫＯ　Ｐｌｕｓｅ　１０００Ａ系列探地雷达在路面检测方面的原理，重点对现场数据采集　时的天线频率选择、参数选择及室内数据处理、资料解释等方面进行了研究，将研究成果应用于　某公路路面检测中，效果较好。　关键词：地质雷达；路面检测；资料解释　中图分类号：Ｕ４１２　文献标识码：Ａ　某公路位于贵州省某县省道，自建成通车以　来，由于该路段大部分通过软土地区，且运营时问　地及时进行检测与维修保养，公路正常使用及行车　安全将难以保障。因此，为了研究其路基的变化情　况，特应用地质雷达技术对该段路面质量进行了有　益的检测和研究。　长，通行车辆超载严重等原因，导致该路段路面出　现了裂缝、断板、破损或唧泥等现象，如不有针对性　图１路面病害现象　１地质雷达路面检测原理　地质雷达（Ｇｒｏｕｎｄ　Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ　Ｒａｄａｒ，简称　率高、无损、操作简便、抗干扰能力强等特点，适用　于各种环境条件。　检测和研究路段的路面结构型式如下（图２一　ａ）：砼层厚２４　ｃｍ，水稳层厚３０　ｃｍ，级配碎石层厚　１５　ｃｍ．由于空气、面层、水稳层、下基层的介电常数　不同，电磁波在介质内部及不同介质界面上将会产　生直达波、反射波及透射波（图２一ｂ）．　ＧＰＲ）是采用无线电波检测地下介质分布和对不可　见目标体或地下界面进行扫描，以确定其内部结构　形态或位置的电磁技术。其工作原理为：高频电磁　波以宽频带脉冲形式通过发射天线发射，经目标体　反射或透射，被接收天线所接收。高频电磁波在介　质中传播时，其路径、电磁场强度和波形将随所通　各个界面或缺陷位置的深度利用公式１即可　求出，其中既可通过理论公式（公式２）及表ｌ计算　确定，亦可通过孔取芯标定来确定，直接从雷达时　间剖面上依据同相轴的连续性判读。　过介质的电性质及集合形态而变化，由此通过对时　域波形的采集、处理和分析，可确定地下界面或目　标体的空间位置或结构状态。地质雷达具有分辨　收稿日期：２０１０—０３—２５　基金项目：贵州省科学技术基金，黔科合Ｊ字［２００８］２１１３号；贵州省优秀科技教育人才省长专项基金，黔科教办［２００７］０３号　作者简介：王先桃（１９５８一），女，湖南湘乡人，副编审，从事编辑学、情报学，土木工程项目研究，Ｅｍａｉｌ：ｇｄ＿ｗｘｔ＠１６３．ｃｏｍ．　・通讯作者：王先桃，Ｅｍａｉｌ：ｇｄ＿ｗｘｔ＠１６３．ｏｏｍ．　第３期　王先桃等：地质雷达在某公路路面检测中的应用　一　一　，　…　路基　（８）路面结构及电磁波传播路径　（ｂ）实测路面数据　图２路面结构示意图　ｄ＝　（１）　式中：ｄ为界面或缺陷位置的深度（ｍ），　为介　质的平均电磁波速度（ｍ／ｎｓ）；　￡为界面反射波双程旅行时（ｎｓ），ＶＸ为发　射天线与接收天线间距（ｍ）　Ｃ　在开展大范围的检测前，根据雷达设备的说明，使　用ＥＫＫＯ雷达（配置４５０　ＭＨｚ）进行测试，以确定　检测用采集参数，采集参数为时窗２４　ｎｓ，采样点数　６００，１６次叠加。在行车道左右两侧各布置一条测　线，采样间距为０．１５　ｍ（以测距轮进行控制），天线　距固定为０．２５　ｍ，并以匀速在路面上进行剖面法　（即发射天线和接收天线以固定间距沿测线同步　ｑ亍　￡　（２）　移动的一种测量方式）检测，其具体检测数据如表　１所示：　式中：ｃ为真空中电磁波传播速度，取值０．３　ｍ／ｎｓ，占　为介质的相对介电常数（见表１）．　表１　常见介质的相对介电常数与对应电磁波速度　介质　相对介电常数　速度（ｍ／ｎｓ）　３数据处理　在检测过程中，为了保留更多的有用电磁波信　号，数据采集时一般为宽频采集，但是，在记录到各　种有效波的同时，原始数据里面也记录到了随机的　或规则的干扰波，为了能将各个界面及缺陷清晰准　确地在雷达图像时间剖面上反映出来，就必须进行　雷达数据的数字处理。　工作中采用下述流程图（图３）对采集的原始　２野外工作方法及技术参数的确定　检测和研究的的路面总厚度６０—７０　ｃｍ左右，　数据进行处理。　表２实际检测数据　・１１６・　贵州大学学报（自然科学版）　第２７卷　４资料解释　地质雷达数据反映的是地下介质的电磁性质，　首先，在处理后的地质雷达时间剖面图上拾取　反射层位，结合竣工文件中的路面结构确定各个反　射层位代表的界面；其次在有钻孔取芯处的时间剖　面图上读取各个反射层位的电磁波双程走时，通过　取芯成果中各个结构层的实际厚度与双程走时计算　仅仅一个时间剖面图的解释结果可以是多种多样　的，故地质雷达资料解释工作必须结合路面的竣工　文件、现场调查记录及钻孔取芯成果等进行。　各个结构层的电磁波速度，并对部分已知点处的速　度进行统计，确定工区的电磁波平均速度，计算各结　构层或缺陷的厚度；最后结合现场记录、地质雷达正　演成果及雷达记录分析确定缺陷性质及规模。　首先，在处理后的地质雷达时间剖面图上拾取　反射层位，结合竣工文件中的路面结构确定各个反　射层位代表的界面；其次在有钻孔取芯处的时间剖　面图上读取各个反射层位的电磁波双程走时，通过　取芯成果中各个结构层的实际厚度与双程走时计算　各个结构层的电磁波速度，并对部分已知点处的速　度进行统计，确定工区的电磁波平均速度，计算各结　构层或缺陷的厚度；最后结合现场记录、地质雷达正　演成果及雷达记录分析确定缺陷性质及规模。　图３数据处理流程　图４为部分路面厚度解释结果，从图中可以直　观的读出各层的厚度。　Ｄ　ＬＨｃ　０∞　！、ＰＲ０Ⅱ　ＴＡ　Ｐ００∞］口０１　ｒ／　…ｓ１　７７６，ｓａ　、４９８　ｉ　盖　翳吾　Ｏ　８　ｉ　Ｉｍ　。８　ｉ　蓄　图４每层厚度分布　第３期　王先桃等：地质雷达在某公路路面检测中的应用　・１１７・　地质雷达时间剖面图上路面面层断板、空洞、　接不紧则表现为面层与基层界面之间存在强反射　面层与基层之间的脱空等路面病害反映较明显。　波同相轴，在图５中间的强反射波为水稳层积水　在时间剖面图上断板或路面裂缝的特征是从起始　后，面层与水稳层界面的反射波同相轴能量相当　时刻至终点时刻的细长强反射波，空洞的特征是强　强，解释为脱空。　弧形反射波，而如若面层与基层之间存在脱空或联　≯■＿■　—　■■　图５道路损坏的测试图　５结论与建议　版社。２００６．　［２］徐伯勋，白旭滨，于常青．地震勘探信息技术提取、分析和预测　在地质雷达技术应用于路面的质量检测工作　［Ｍ］．北京：地质出版社，２００１．１２．　中，合理选择检测天线及采集参数，进行计算机数　［３］谢雄耀，万明浩．复信号分析技术在地质雷达信号处理中的应　据处理，能够快速、准确地检测出路面各结构层的　用ＥＪ］．物探化探计算技术，２０ｏｏ（５）：７６—８０．　厚度，对路面的病害如断板、脱空、唧泥等能准确地　［４］Ａｎｄｒｅｎ，Ｐ，Ｌｅｎｎｇｒｏｎ，Ｃ．Ａ．ＥｖＭｕａｆｉｎｇ　Ｐａｖｅｍｅｎｔ　Ｌａｙｅｒ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　进行判断及预测，为公路进行维修保养及安全营运　ｗｉｔｈ　ａ　Ｈｉｓｈ—Ｓｐｅｅｄ　Ｒｏｌｌｉｎｇ　Ｄｅｌｆｅｅｔｏｍｅｔｅｒ［Ｊ］．Ｎｏｎｄｅｓｔｕｒｃｔｉｖｅ　Ｅ・　ｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｇｉｎｇ　Ａｉｏｒｒａｆｔ，Ａｉｒｐｏｒｔｓ，ａｎｄ　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　Ｈａｒｄｗａｒｅ　ＩＶ　提供可靠的检测数据。　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ａｊｉｔ　Ｋ．Ｍａｌ，ＩＳＢＮ　Ｎｅｗｐｏｒｔ　Ｂｅａｃｈ，ＣＡ　２０００　参考文献：　（３９９４）：３６１２—８１９４．　［１］曾昭发，刘四新．探地雷达方法原理及应用［Ｍ］．北京：科学出　Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇｒｏｕｎｄ　Ｐｅｎｔｒａｔｉｎｇ　Ｒａｄａｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｒｏａｄ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ＷＡＮＧ　Ｘｉａｎ—ｔａｏ¨，ＢＡＯ　Ｔａｉ　（１．Ｅｄｉｔｏｒｉａｌ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｕｉｚｈｏｕ　ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ，５５００２５，ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ，５５０００３　Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｒｏａｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｇｒｏｕｎｄ　ｐｅｎｔｒａｔｉｎｇ　ｒａｄａｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ＥＫＫＯ　Ｐｌｕｓｅ　ＩＯ００Ａ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｒｅｓｅａｒｃｈｓ　ｔｈｅｓｅ　ａｓｐｅｃｔ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ａｎｔｅｎｎａ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｉｎ　ｆｉｅｌｄ，ｄａｔａ　ｈａｎｄｈｎｇ　ａｎｄ　ｒｅｃｏｒｄ　ｅｘｐｌｎａａｔｉｏｎ　ｉｎｄｏｏｒｓ，ａｎｄ　ａｐｐｌｉｅｓ　ｓｔｕｄｙｉｎｇ　ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ　ｔｏ　ｒｏａｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｈｉｇｈｗａｙ，ｅｆｆｅｃｔ　ｉｓ　ｗｅｌ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｒｏｕｎｄ　ｐｅｎｔｒａｔｉｎｇ　ｒａｄａｒ；ｒｏａｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ；ｒｅｃｏｒｄ　ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ