在我国，高速公路的发展速度随着经济建设水平的快速提升而较为迅速，评价公路后期维护的路况质量以及检测新建公路质量的工作量也日益攀升。公路建设越来越快，对检测手段的要求也越来越高，显然以往的技术已经无法满足需求。而探地雷达虽出现得较晚，但是在探测浅层地下目标上其技术较为新兴，与需求相符。

1概述

我国的公路网随着近年来快速的公路建设而初具规模。但是，对公路的路面维护质量决定了公路的使用寿命。而路面维护需要系统的路面状况数据支撑，因此，对公路状况进行科学的检测便显得尤为重要。以往的检测方式不仅会在不同程度上损坏路面，而且无代表性、效率低下。探测雷达的发射电磁波采用无载波的毫微秒脉冲，瞬时扫频是其显著特点，在不同土壤频率范围内，它的频谱具备全穿透以及全覆盖的能力，可以更好地探测地下目标；探测回波在宽频谱的作用下使得目标电测特性较为完整且不会丢失，从而做到有效识别目标。

与以往的检测方法相比，探测雷达的作用显著，包括灵活方便的操作、较高的分辨率、连续的探测进程、较低的探测费用以及较快的探测速度等。探地雷达（GPR）这种新型的检测方式便应运而生。此种检测技术现如今应用较为广泛，其精确度高且高效、无损。上海市政曾引进一台探地雷达，但是该设备与一般的检测仪大不相同，其专业技术较强且用户的开放性不高。因此，对于探地雷达的应用较为有限，未将该设备的作用发挥到极致，工程人员还未能很好地解释图像并处理数据。如果将探地雷达充分应用在道路工程上，那么以下大量的工作便可快速开展：改造与评定旧路、勘察与收集设计资料、切实把控施工质量、探测病害隐患、研究检测设备的应用技术、监察与仲裁工程质量的事故原因以及对路面的材料和结构进行深入研究等。

2利用探地雷达技术来检测识别异常的公路

2.1　探地雷达工作原理

雷达检测车以一定速度在路面上行驶，路面探测雷达发射电磁脉冲并在短时间内穿过路面，脉冲反射波被无线接收机接收，数据采集系统记录返回时间和路面结构中的不连续电介质常数的突变情况。路面各结构层材料的电介质常数明显不同，因此电介质常数突变处也就是两结构层的界面。根据测知的各种路面材料的电介质常数及波速，可计算路面各结构层的厚度或给出含水量、损坏位置等资料。图1为SIR-20地质雷达主机，图2为地质雷达工作原理。

图1　SIR-20地质雷达主机
图2　地质雷达工作原理

2.2　探地雷达无损测试技术

首先需要对正常的雷达图像进行仔细探讨之后再分析问题路面的雷达图像。层次分析是路面结构的显著特点，而层与层之间的建筑材料也不尽相同。从测试结果中可以发现，正常的路面层中信号强度大致相同，在图像中差别不大；雷达异常图像中会以水平线形来展示色谱图或者是波相同相轴，这是对正常路面基层探地雷达检测图像的判别标志。其中近水平的、平缓、负峰的色谱线条特点与路面基层的上下界面一一对应，色谱也均匀分布在其内对应的剖面上。路面基层除了上述特征外，部分近水平、断续的、平缓、微弱、平峰的色谱线或同相轴会呈现在分层铺筑的界面处，项目的质量会随着图像越弱越窄而越优秀。若图像宽且强则代表了界面中有夹层或是太过松散。

3在公路检测中探地雷达的应用

3.1　调查公路裂缝

雨水通常会随着公路裂缝而渗透到公路中，从而使公路路基以及路面受到损毁，影响道路的正常使用。在调查公路裂缝时，探地雷达主要分析探讨的是反射波同相轴。在现实中进行公路裂缝检测时应将天线中心频率设置在大约1000Hz。为了确保得到精准的检测结果，需要在相同的速度下对路面规模以及宽度相对一致且较为稳定的天线频率下进行持续测试。

3.2　雷达对地层空洞的探测

与以往的公路施工相比，现阶段的施工更为复杂，道路的总体质量与路面的施工品质息息相关。路面因尚存的不同干扰因素而问题不断，例如面层破损以及基层缝隙等。路面结构也会随着问题的出现而发生改变，最终改变结构与结构之间的布局情况。以此为背景，当对比正常区域的路面与雷达所释放的电磁波时，问题便很容易显示在剖面图之上，如图3所示。

图3　路面间层出现空洞

4在公路检测上应用探地雷达技术

雷达无损测试不会对目标产生不良的影响且拥有极快的检测速度。此类检测方式以及装置不仅可以有效降低工作人员的工作量以及工作强度等，而且在结果的获知上也较为便捷与直观，从某种程度上促进了管理工作向新时期发展，意义显著。对桥梁路面开展评价与无损检测的研究，将在对道路改造方案的优化上、对路面长期使用性能的深入认识上、对路网维护水平的提升上、对路面设计的改造上以及对道桥施工质量的把控上意义较为深远。道路的施工品质因此技术的存在而获得显著提升，道路的使用期限也获得了延长。在道路检测活动中将其合理运用，项目的潜在问题便可以在第一时间获知，道路也因此免于过早受到损坏。

4.1　探地雷达无损测试的定位和勘查

声波脉冲在传感器的作用下可以快速穿过道路的结构层面传播出信号，与此同时设备会获知材料表层的发射信号，这是其原理。此类信号的介点数值不尽相同，数据的表现形式便是持续截面。与其他方法相比较，它的风险系数较低，电磁脉冲会在使用期间释放出来，然后通过天线传递。而在传递的进程一旦遇到界面，冲击波会出现折射现象且保存在设备之中。此时，频率较高的电磁波在天线发射装置的作用下会传递到介质中，设备在通过差别明显的介质时会接受部分被反射的电磁能，其他的电磁能会接着传递。表面和反射面的距离可通过对反射波的传播速度以及时间的分析来获知，介质的属性也可依据反射波的波形以及振幅来获得。此方法拥有较高的安全指数、较为广泛的应用区间以及较快的测试速度等。正因如此，在众多条件不好的区域也可以发现它的身影。

4.2　测试路面的密实度以及厚度

电磁脉冲由雷达发生，在穿透道路表面时速度较快，无线接收机在完成接收脉冲反射波后，出现在路面结构中的不连续电介质常数以及返回的时间等便会由数据采集系统记录。路面的结构层众多且结构层之间的用料也不尽相同，电解质的数值也会随之发生改变。在两个结构层的接触面电解质数据会发生突变，路面的厚度以及结构层的含水量也可因获取的电解质速率以及数值等信息而获知。一般来讲，路面采样的频率和雷达测试速率息息相关，由实践可知在测试含水率以及厚度时路面雷达的存在意义重大。在地下介质中释放合乎强度规定的电磁脉冲，然后对采集的地域波值进行详细论述，例如传递的幅度等，可将介质的方位以及构造等分析出来，雷达的幅度以及剖面相位会在大量积水处以及密度较低的介质处发生变化。

5结语

探地雷达将发射天线送入地下的形式是宽频带短脉冲和高频电磁脉冲波，在传播时脉冲遇到的介质面不尽相同，那么天线便会接收部分雷达波释放的能量。相信此项检测工作在未来会随着科技的不断进步而开展得更加到位，从而得到广泛的应用。总而言之，雷达检测技术在未来的发展道路上定会更上一层楼，而无损检测装置的发展也将更加安全。

撰稿：王晓鹏，上海市建筑科学研究院有限公司工程师，研究方向：公路/市政道路检测。

【转自《中国高新科技》杂志2020年第14期】