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探地雷达在公路病害探测中的使用

2019-01-01
探地雷达的开展陪同着高速公路的建立应运而生,探地雷达(Ground Penetrating Radar,简称GPR,又称地质雷达),是使用地球物理学的一个新的分支,从20世纪80年月前期开端使用于公路检测。探地雷达检测技能具有疾速高效、无损、高精度、操纵利便、检测内容丰厚等好处,渐渐遭到公路部分的器重,并在公路质量检测中失掉越来越普遍的使用。探地雷达除了惯例的使用于路面布局层厚度检测外,还可以对路面外部布局的脱空、空泛、裂隙、沉陷和严峻松散等病害隐患举行探测,可以较片面的反应出路面外部布局技能情况,具有及时一连、高精度、疾速和无损等特点。

1 探地雷达检测原理


探地雷达是经过向地下发送一种高频宽带电磁波。电磁波在地下介质传达历程中,外地下目的体的介质存在差别时,如脱空、空泛、富水、分界面,电磁波就会产生反射。在对反射雷达波举行处置息争译的底子上,依据吸收到的雷达波形、强度、介电常数、双程走时等参数进而推测地下目的体的空间地位、布局及多少形状,进而对地下潜伏目的物的探测。

探地雷达由主机、天线、电缆以及打标器等构成,针对路面布局病害检测时,一样平常选取400MHz、900MHz的天线,探测深度在1.5m以内,可以满意检测要求。

探地雷达探测表示图如图1所示。探地雷达举行地下目的体检测时,实际底子为反射系数R,它依赖于介质波阻抗之间的差别性。


图1 探地雷达探测表示图


由式(1)可知,在肯定深度范畴内反射系数的巨细与相邻两介质的绝对介电常数ε亲密相干,其差别越大,反射系数越大,反射波越强,反射界面则越容易辨认。电磁波从进入的介质时,即从高速介质进入低速介质时,反射系数为负,即反射波振幅与入射中转波反向。反之,从进入的介质时,反射波振幅与入射中转波同向。依据发射波特性进而判别路面外部布局病害。

2 路途病害雷达波形特性剖析


2.1 松散病害特性
松散是指在路途下方,有一片地区由于种种缘故原由呈现松懈征象,如如果渗透了水则会构成层内富水区。松散地区无论富水或不富水,与四周介质都市存在介电常数、电导率等电磁性子的差别,如许就为探地雷达的探测提供了物性底子。

如图2所示,松散区病害在雷达剖面和波形图中均有分明反射非常,剖面图中反射曲线的峰尖更窄,其界限存在电磁波绕射征象,松散地区底部反射信号与界限绕射叠加,使得在剖面上发生了拐点,可使用拐点的地位到达辨认底部反射信号的目标。松散带顶、底反射信号在剖面上不合错误称,这是由于松散带与四周介电参数的差别形成的,因此,可以从顶、底反射信号的散布特性来辨认松散地区节点参数的目标。


图2 松散病害雷达探测剖面与波形图

2.2 脱空病害特性
脱空病害是公路病害的次要范例之一,由于路面各布局层接纳的修筑质料差别,当施工历程中两个层面之间粘合欠好或是透水性设计不妥时,形成层间积水或充氛围,布局层之间很容易产生离开,构成脱空大概层间联合不密实等。充气脱空病害地区顶部反射与引发电磁波的相位相反,而含水脱空病害地区顶部反射与引发电磁波的相位相反;而且含水脱空剖面图中具有较强的屡次波存在,对脱空地区上面信号存在较强的搅扰。

2.3 层间粘结不密实病害特性
层间粘结不密实次要指沥青砼面层离析或粘结不密实,面层与下层、下层与底下层间的粘结不密实或脱空。从雷达图像剖析而言,次要体现为沿程度偏向的横向变革。假如层间粘结不密实,则实践上在层间构成了一个孔隙率较高的过分带或薄夹层。从而惹起分明的强反射

3 工程实例


联合前文的研讨,依据对路面布局种种病害雷达波形特性的剖析,使用探地雷达对江苏某高速公路举行探测,并举行开挖验证,后果表现探地雷达可以探测路面外部布局病害,为该高速公路的改扩建提供了迷信公道的设计根据和参考。以下为探地雷达检测后果,如图3~图6所示。


图3 路面氛围脱空


图4 路面富水脱空

4 结论与瞻望


(1)经过对路途路面外部布局罕见病害的成因举行剖析,联合实际剖析和数值模仿实验,剖析了差别病害的雷达波形特性,为使用探地雷达对路面外部布局病害探测提供了剖析思绪和根据。

(2)将提出的路面外部布局病害特性使用于详细实践工程,获得了肯定的效果,检测效果为该路的改扩建立计提供公道迷信的设计根据,从而有针对性的对路途举行改扩建立计。

(3)探地雷达使用于公路路面病害检测,不但能为公路改扩建提供参考,同时对路途的一样平常养护赶早发明路面外部病害也具有较好的检测结果,能为养护单元浪费投资。

(4)文章提出的路面外部布局病害雷达波形特性,对探地雷达在路面病害检测的使用有肯定的促进作用,能作为偕行业检测职员对路面布局病害的鉴别起到参考作用。


图5 路面布局下层松散


图6 路面层间粘结不密实

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