浅谈探地雷达法检测路面结构层

2012-03-20 07:18颜大林

科技视界 2012年24期

颜大林杜康

（临沂市公路勘察设计院山东临沂 276000）

1 路面结构层缺陷检测的意义

随着我国道路交通量日益增大，车辆迅速大型化以及超载现象，使公路路面面临严峻的考验。因此路面病害检测的作用凸显出来，其中路面结构层缺陷检测是路面病害检测的一项重要内容，通过探地雷达的检测可以达到识别地下目标物和道路结构层内隐伏缺陷的目的。根据病害程度采取相应的补救措施，保证路面的通行质量同时也有利于对公路路面的设计、施工等各方面提供有力的资料和经验。本文通过探地雷达法对某高速部分路段检测为例浅谈路面结构层缺陷检测。

2 设备原理

图2.1 探地雷达工作原理示意图

探地雷达方法（Ground Penetration Radar，简称GPR）是一种采用短脉冲宽带高频电磁波信号检测地下介质分布的新技术。根据电磁波在有耗介质中的传播特性，通过天线连续拖动的方式以宽频带短脉冲的形式向地下发射高频电磁波，电磁波信号在地下介质内部传播时遇到不同介质的界面时，就会发生反射、透射，其反射系数（反射信号的强度）主要由上、下层介质的相对介电常数决定。上、下层介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大；反之，越小。反射的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，通过雷达主机精确记录反射回的电磁波的运动特征，获得地下介质的扫描图像，通过对扫描图像进行处理，对地质雷达剖面上目标层（体）的反射波时间延迟、波形特征以及剖面的宏观和微观形态组合进行解译，达到识别地下目标物和道路结构层内隐伏缺陷的目的。

电磁波在特定介质中的传播速度V是不变的，因此，根据探地雷达记录上的地面反射波与地下反射波的时间差△T，即可据下式算出地下异常的埋藏深度H：

式中，H即为目标层厚度；V是电磁波在地下介质中的传播速度，由下式表示：

式中，C是电磁波在大气中的传播速度，约为3×108m／s；ε为相对介电常数，取决于地下各层构成物质的介电常数。

雷达波反射信号的振幅与反射系数成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数r可表示为：

式中，ε1、ε2为界面上、下介质的相对介电常数。对公路检测而言，ε1为面层的相对介电常数，ε2为基层的相对介电常数。由公式（3）可知，雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和中心频率。导电率越高，穿透深度越小；中心频率越高，穿透深度越小，反之亦然。反射信号的强度主要取决于上、下介质的电性差，电性差越大，反射信号越强；反之，越小。对沥青混凝土面层而言，面层与基层（稳定层）存在明显的电性差，可以预期面层底部会有强反射出现。不同面层（上、中、下）之间所用材料也存在细微差别，因此也可以得到较弱的反射信息。图2.2简单描述了地质雷达检测公路面层厚度的基本过程。