探地雷达在市政道路中的实践及应用

一、探地雷达的特点

(一)探地雷达是一种非破坏性的探测技术，可以安全地应用于城市和正在建设中的工程现场。工作场地条件宽松，适应性强(属于轻便类的仪器);

(二)抗电磁干扰能力强，可在城市内各种噪声环境下工作，环境干扰影响小;

(三)具有工程上较满意的探测深度和分辨率，现场直接提供实时剖面记录图，图像清晰直观;

(四)便携微机控制数据采集、记录、存储和处理。

在我国在建隧道和地铁衬砌质量检测、公路路面路基质量检测、铁路路基质量检测方面有大量应用。

二、探地雷达在道路工程中的应用

路用探地雷达技术真正应用于公路检测始于20世纪80年代后期，欧美最早应用。芬兰和美国的德克萨斯州做了大量的研究工作，在芬兰，GPR主要用于探测路面结构层的厚度;在北美，GPR主要与FWD结合进行路面结构层材料特性的反演。近几年，人们开始致力于研究应用GPR探测路表下的病害和缺陷，诸如面层中沥青的剥落、混凝土板下的脱空和高速公路排水沟的定位等。在道路工程中，应用路用探地雷达可以开展大量的工作：

(一)施工质量的控制;

(二)路面结构与材料研究;

(三)检测设备应用技术研究;

(四)设计资料的勘察收集;

(五)病害隐患探测;

(六)工程质量事故原因的监察与仲裁;

(七)旧路的评定和改建;

(八)道路结构分层厚度检测;

(九)地下管道探测。

路用探地雷达具有无损、快速、连续、高精度、高分辨率、实时成像探测等特点，它在精确检测路面层厚度的基础上，可以成功地探测道路结构层病害，有利于道路的维护与保养，为交通部门提供了一种高效先进的无损检测手段，主要解决一下问题：

(一)施工期：检测沥青或水泥混凝土公路面层厚度和密度，及时监控质量，避免钻芯取样对路面造成的破坏;

(二)使用期：定期普测、路面与路基调查(软弱路基段检测、路面陷落原因调查、基层和土基局部含水量过高和压实度不够的调查、脱空识别、沥青层的剥落识别等)、路面与路基裂缝的调查，方便管理部门及时掌握道路变化趋势，实施补救措施，并进行道路状况动态管理;

(三)养护期：检测面层间脱空、空隙和破碎区域范围，为公路养护提供可靠的依据。

尤其在道路缺陷和结构层厚度检测中的应用最为广泛：

1.路面结构层含水量变化及结构层破损的检测

影响路面结构介电常数的因素很多，它和材料的密度以及粒料基层的含水量有密切关系。含水量增加，材料的介电常数增大(由于水的介电常数较大);孔隙率增加(由于空气的介电常数较小)，材料的介电常数减小。

电磁波在遇到水后将发生极强的反射。基层与面层界面的波峰后出现波幅突然增大的波形，说明电磁波穿越了介电常数突然增大的介质。水的介电常数比普通路面结构大很多，所以可以推断这里结构层的含水量有较大的变化，或者是出现了被水填满的空洞。

一般道路基层空洞多发生在水泥混凝土路面下。由于空气的介电常数最小，电磁波遇到空洞后反射强度将明显低于基层材料，当路面下出现破损的空洞或者各结构层之间出现脱空时，电磁波由路面材料进入空气中，再由空气进入路面材料中。这样就出现了多余的一次反射，反应在波形上就是正常的波峰之间多处一个波谷。

2.路面厚度检测中的应用

简单地说，厚度检测就是通过得知电磁波传播的时间和速度，求得结构层的厚度，因此求层面厚度的关键就是要知道电磁波在路面结构中传播的时间和速度，电磁波传播的时间根据波形图可以看出。反射界面上下层材料介电常数差异越大，界面反射系数越大，反射界面的波幅(即电压)也就越大。

三、结 论

就目前，国内外浅层勘探手段多种多样，地震勘探法是国内最为成熟的手段，主要用于深层探勘，国内大多数油田都是用地震勘探法找到的，浅层地震勘探也相当成熟，但容易受干扰，对环境要求相对苛刻，而且分辨率不高，道路检测很不适用;磁法勘探主要适用于矿物质勘探，仪器精密，对环境要求严格;电法勘探是工程物探常用的方法，在水资源探测应用中尤为突出，但电法勘探效率低，探测速率慢，分辨率也不高;探地雷达虽然只有30年的发展过程，近几年才开始应用于道路检测，各方面技术与国内道路检测相匹配，相比其它探测方法，更加适用于道路检测，虽然探地雷达也在往更多的领域发展，但目前最适用的还是道路检测，也只有探地雷达能跟得上国内公路的维护探测。探地雷达不光可以对道路状况进行评估，在道路缺陷探测、路基分层厚度检测等方便检测效果也尤为突出，特别是波动科技系列探地雷达，采用主机和天线一体化设计，体积小、重量轻、功耗低，一台雷达用途多样，一次性能够评估道路状况、路基分层厚度检测、地下缺陷探测，数据图像更是直观清楚，可靠精确。