探地雷達技術在公路路面裂縫檢測中的應用現狀探析

彌苗苗

摘 要：道路建設與養護對于經濟穩定發展以及確保公路交通安全通行具有重要保障作用。公路路面的整體質量以及裂縫情況直接影響著后期的使用效果，使用先進技術快速、精準的檢測公路路面的裂縫現狀有著現實意義。通過對彈力雷達檢測技術理論分析，以及探索該技術在公路路面裂縫中的應用，從而掌握這一新興技術在路面檢測工作中的可靠性與準確性，結果顯示在公路路面裂縫檢測中合理使用探地雷達技術有著明顯的積極作用。

關鍵詞：探地雷達技術 公路 路面裂縫 檢測應用

1 引言

隨著城市交通運輸量以及建設規模不斷加大，受到城市環境與城市交通發展等因素影響，公路路面出現了更多的裂縫病害問題。公路路面裂縫問題直接關系著公路的使用性能與行車安全性，再加上路表積水順著裂縫不斷往下浸泡，道路內層的半剛性基層被侵蝕現象越發嚴重，最終導致路面基層失去承載功能與可靠性，從而引起脫空、卿漿等次生問題，對于公路整體運行效率而言影響較大。另外，有裂縫的公路還會受到車輛的溫度與荷載影響，從而促使裂縫不斷擴散，進一步降低路面的使用期限和穩定性?；诖?，使用探地雷達無損檢測技術，能夠精準檢測道路裂縫，從而為裂縫問題提供有效的應對方案，以確保公路運行的可靠性。

2 探地雷達技術應用原理及構成元素

2.1 應用原理

探地雷達技術就是一種運用高頻無線電磁波來確定某個介質內部物質分布特征的探測技術，不一樣的天線探地雷達具備著不同的頻率范圍，并且該部分直接關系著探測的分辨率和最后的檢測深度。運用探地雷達技術對道路內層發射高頻電磁波后，在電磁波全程傳播當中，若是出現電性差異比較明顯的地下介質以后，發射出的電磁波就會產生相應的反射，并將相關數據信息傳遞到上方的電磁波，從而被天線有效接收到，利用先進的大數據技術深度分析和處理接收到的雷達回波信號，探究其實際特點，便能獲得路面內層的所有密實度、厚度以及存在的裂縫問題等[1]，雷達探測示意圖具體見圖1。

在雷達檢測過程中，因為高頻電磁波會穿過路面內部結構之后穿梭在各種介質層中，就會出現一定的反射或者折射情況，進而影響著高頻電磁波的波形和振幅，通過這樣的顯示特點便能精準判斷路面結構的具體數據與信息[2]。

2.2 探地雷達技術構成元素

發射器：該部分可以充分保存相應能量，同時能夠獲取短期釋放，從而形成相應的單周期雷達信號和脈沖，借助技術內部當中的分離器，便能對天線傳遞相關數據，隨后借助天線完成電磁波對路面系統傳送信號環節。

接收器：該部分的主要功能和作用就是有效收集反射信號，還可以逐漸擴大收集到的相應信號，隨后促使信息傳導到處理器中，對收集到的信號進行有針對性的分析和處理。

天線：在道路檢測中有效應用低碳雷達技術，可以實時接收電磁波發射出來的相應信號，針對探地雷達技術相對應的天線一共分為兩種，也就是地表耦合型與耦合型[3]。

分離機：在電磁波射頻發射當中，將借助分離機來連接發射器和天線，與此同時還可以在處理短時發射情況的同時，并切斷發射器和天線之間的連接，從而把接收機和天線之間連接在一起[4]。

3 路面檢測現狀及問題

3.1 工程概述

甘肅省某市某道路的路面結構主要是13cm的水泥礫調平層，其混凝土主要為7.5cm的浙青混凝土、加上16cm的水泥碎石基層、還包括了15cm水泥砂確底基層[5]。早在十幾年前，該公路就已經建設投入使用，因為此公路所處的地段有著非常豐富的石料資源和礦產資源，其周邊就有一座水泥廠和多處煤礦，所以該道路的超載以及承重情況比較突出?，F如今，由于該公路的使用期限與負荷運營超出預期，并且很多路面已經出現了各類病害問題，例如龜裂、縱橫向的裂縫問題、大面積塊狀裂縫病害等[6]。近幾年已經此公路進行了有效修復，并在路面添加了2.5cm厚度的瀝青混凝土，以此覆蓋在表層，但是這樣的修復方式僅僅能夠改善道路的表面功能，針對道路實際結構的強化效果并不明顯，很難有針對性的應對路面結構裂縫和開裂問題，所以還需要制定更有針對性的修復方案。結合實際情況使用先進的檢測技術探測該道路的病害問題，比如有效使用探地雷達技術進行檢測，并為道路病害問題制定專業的應對措施和后期保養方案。

3.2 路面檢測現狀

一般情況下，在公路路面檢測中，相關施工人員會按照國家執行的標準規范開展檢測工作，確定路面的各項性能，客觀評估路面實際運行狀況。在路面維護中可能會使用灌砂法填充路面，然而其中包含了較大的細沙體系，這會不斷增加地基之間的孔隙，很容易產生密實度不滿足要求的現象，并且路面在實際應用中很容易出現裂縫、下沉等問題，嚴重情況下還會發生安全事件。而利用先進技術檢測路面實際情況與質量問題，可以在數據分析中了解路面的承載力與裂縫情況，進而實施有針對性的應對方案提升路基的穩定性。然而現階段很多領域更加注重于公路新建，缺乏有針對性的路面養護工作，造成路面壽命減縮，嚴重影響地區經濟發展與人們安全出行。重視新建忽視檢修的思想主要體現在建設資金較多、維護成本較高，養護設備較差，檢測設備與技術落后。精準的檢測數據可以為養護工作提供數據參考，但是不管是檢測技術還是檢測設備都有一定的局限性，這與公路路面檢測重視力度有著密切聯系。為此，要想保障公路安全運行，提升路面運行的經濟效益和社會效益，必須要借助更加先進的路面檢測技術，深度分析公路路面內部結構存在的問題，及時進行養護與檢修。

3.3 技術應用問題

采集、分析和處理數據工作相對復雜，在分析探地雷達技術檢測數據時，必須要全面掌握專業是數據分析和處理軟件，以此加大了實際操作難度。在使用探地雷達技術時，需要選擇符合技術應用的環境開展檢測工作，如此才能提升數據的精準度。探地雷達技術需要高標準的設備設施，這樣才能保障數據采集的真實性與精準性，以上問題都會影響探地雷達技術的實際應用效果。

4 探地雷達技術應用分析

4.1 路面裂縫檢測關鍵點

4.1.1 天線中心的頻率

在公路道路檢測工作中有效應用探底雷達技術，還需要合理協調系統參數，其中，最關鍵的參數之一就是天線中心頻率，此部分直接影響著系統檢測的分別率與檢測深度。為了進一步提高到了檢測的準確率，必須要合理使用不同的天線中心頻率來有效檢測公路路面的實際狀況，進而深度分析檢測結果，以此獲得最標準的頻率數據。在實際應用探地雷達技術時，要選擇頻率最高的天線，還要結合實際情況確定天線大小。通常而言，如果天線中心頻率更高，那么道路的檢測深度就會更深，則分辨率也就更高。例如對于檢測深度達到5m時，則需要控制天線中心頻率在100MHz左右，以此可以精準定位公路路面中的裂縫位置，還能識別出基層的整體結構，最終可以評估出內部結構的含水量與裂縫狀況[7]。

4.1.2 設置測線

在正式檢測之前，相關人員可以提前設定測線位置，不斷試驗測線方向，以此保證檢測結果的準確率，并且在實際檢測過程中，相關人員有必要結合試驗檢測結果和實際情況，合理使用剖面檢測方法開展工作，整合頻率不同的天線組建成屏蔽天線，從而融合天線頻率，明確更多參數。在本次檢測過程中，可以使用中心頻率在100 MHz——400MHz之間的天線，以此組建成屏蔽天線組合，把輻射的時間寬度控制在2.5ns、5.0ns、7.5ns，同時逐步加大，將向下的輻射距離把控在0.25m、0.50m、0.75m，如果需要檢測的公路裂縫情況非常嚴重，整體情況在不斷加劇中，那么需要結合實際情況慢慢加大測線密度，以此保證檢測結果的精準度和真實性[8]。

4.1.3 檢測速率

在公路路面檢測工作中應用探地雷達技術時，其中的檢測速度表示為天線移動的速度，該元素直接影響著和雷技術掃描的精準度，如果天線的整體移動速度加快，那么在檢測過程中便會出現信號缺失的情況，從而導致公路路面裂縫問題具體影響原因難以識別到。若是天線的移動速度過慢，則公路路面的監測質量便能得到相應保障，但是這樣也會制約檢測作業的效率。因此在檢測之前必須要開展檢測試驗活動，明確最合適的檢測速率，防止因為檢測速度控制問題而影響探地雷達技術的應用效果，影響最終的檢測結果。

4.2 裂縫檢測模型

4.2.1 數值模擬

因為本次檢測的公路路面結構主要為半剛性基層和面層，其中有兩中材料比較相似，而且單層最大的厚度一共有16cm，所以在設定相關參數時，可以把天線的頻率限制在1000 MHz。對于面層與基層當中的介電常數，特別是裂縫當中的介電常數，也可以將其表示為空氣介電常數，對于該部分的計算公式如下：

在本公式當中，代表了光速，速度達到了；其中的表示為波速，單位為m/s；則代表了芯樣的厚度；反映了道路測試時間。當芯樣厚度達到16cm后，對于基層的測試時間一共有4.5ns，而面層測試時間則有2.5ns。因為道路中的空氣本身并沒有導電性能，所以電導率是0，而基層和面層的導電性比較差，所以電導率可以控制在0.001s/m。

為了區分不同寬度路面呈現出來的反射電磁波信號，可以模擬寬度適合的裂縫，該裂縫內部的介質主要為空氣，并且裂縫的垂直方向將會不斷延展到基層部分，模擬具體結果比如圖2、圖3所示。

4.2.2 模型分析

結合上文提到的裂縫模擬演示，從理論上來看，探地雷達技術很難準確識別寬度有8cm以下的裂縫；但是基于圖像而言，該技術也不能精準定位寬度為8cm以下的裂縫嚴重等級，所以要想精準定位路面裂縫情況，一定要提前處理那些細小的裂縫問題。根據探地雷達技術，其內部能夠在裂縫定位中發射出相應振幅，而該結果和沒有裂縫情況的路面形成的振幅差異相結合之后，便能有效識別和定位實際裂縫情況。圍繞模擬最終結果來分析，可以了解到反射波的振幅和路面的裂縫寬度呈現正比關系；如果路面中的裂縫寬度不斷變化或加寬，則反射波的振幅變化不明顯，體現了路面裂縫的寬度變化對發生振幅變化的影響強度在慢慢變弱，深度分析裂縫跨度與振幅之間的關系，可以進一步明確影響反射波振幅變化的各種元素與指標[9]。

4.2.3 實際檢測分析

結合模型最終結果分析，我們可以知道路面的裂縫寬度直接關系著反射波的振幅變化，為此，可以選擇本次檢測道路中的裂縫路面和適量的芯樣進行現場實測，結果發現，芯樣的檢測結果和探地雷達技術的檢測結果不同，說明了該技術能有效識別寬度不同的裂縫情況。另外，在實際檢測中可以發現，芯樣檢測結果顯示路面裂縫寬度直接關系著反射波的振幅變化，并且當路面裂縫逐漸加寬之后，其對于反射波的影響力度逐漸變弱了，其結果和探地雷達技術檢測結果一致。

5 結論

在公路路面裂縫檢測工作中有效應用探地雷達技術，可以進一步提高整體檢測的準確率，可以在路面檢測工作中得到有效使用。隨著城市發展速度加快，公路道路探測技術得到深度創新和發展，合理使用探地雷達技術可以有效縮短檢測時間，同時強化檢測精準度，實現無損采樣目的。再加上探地雷達檢測結果能夠很好達到如今質量檢測標準，是高效的探測新技術，能夠科學全面的評價公路項目情況，因此借助該技術明確道路中的實際裂縫問題，精準掌握裂縫數據，從而制定并實施有針對性應對措施，能夠不斷提高公路路面的承載能力，確保道路所處區域車輛運行的安全性與可靠性。

參考文獻：

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