探地雷达在某高速公路路面检测中的应用

尹付州

(新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院，新疆乌鲁木齐 830006)

探地雷达是利用高频电磁脉冲的反射来探测目的体的一种简便、快捷的电磁探测方法。探地雷达系统由一体化主机、天线及控制电缆组成。雷达检测时，向地下介质发射一定强度的高频电磁脉冲(几十兆赫兹至上千兆赫兹)，不同频率的天线探测能力不同，频率越高，探测深度越大，精确度越高。当电磁脉冲遇到不同电性介质的分界面或介质结构发生变化时就会出现电磁波的强反射现象。电磁波在不同性质的介质中的传播速度不同，探地雷达接收并记录这些信号，再通过进一步的信号处理和解释即可了解地下介质的情况。目前，探地雷达方法已经广泛应用于多种勘察行业中，可应用于探测地下洞穴、划分地层结构、混凝土质量检测、路面质量检测等方面，本文以小草湖—乌鲁木齐高速公路路面检测工程来介绍探地雷达在路面检测中的应用。

1 工程概况

依据国家高速公路网规划，小草湖—乌鲁木齐高速公路将由现在的双向四车道规划为双向八车道，为了评价现有路基路面状况以及在规划方案中的可利用程度，须对其质量进行检测。主要检测沥青面层、水稳层的厚度，以及沥青面层、水稳层、上部路基的病害。现有公路路基由于含水量过高、承载力不足、压实度达不到要求等原因，会产生沉陷，形成空洞、暗穴等现象;沥青面层、水泥稳定碎石层在荷载的反复作用、自然风化因素的影响下，会逐渐出现损坏，形成路面沉陷、车辙推移、开裂、破碎等现象。

2 雷达检测

本次检测共在两侧硬路肩、行车道、超车道等三部位沿纵向布置六条测线，其中行车道、超车道检测里程为K3467+000～K3584+000，硬路肩检测里程为K3471+000～K3584+000，测线总长度达694 km。现场检测采用青岛电波所生产的LTD-2100探地雷达和GC900 MHz地面耦合式一体化天线进行。雷达检测时，天线放置于测量小车中，保持天线与沥青层表面极近距离，由雷达主机发射雷达脉冲，进行快速连续采集。为保证测线长度及里程的准确性，使用测量轮触发采集数据，并依据公路里程标每1 km存储为一个脉冲数据文件。

3 数据处理

将野外采集的探地雷达数据传输至计算机中，首先进行预处理，即定标点的编辑、文件头参数设定及距离均一化。编辑文件头，设定适当的参数，并进行距离均一化。

经过预处理后，要进行一系列的振幅谱分析、功率谱分析、相位谱分析等数字化信号处理，以及零线设定、背景去噪、增益、谱值平衡、滤波、希尔伯特变换、反褶积等常规信号处理。

经过信号处理后，可以有效地压制干扰信号的能量，提高雷达信号的信噪比，将异常突出化，使雷达图像更易于识别地质信息，清晰的反映地质现象，从而提供更准确的解释结果。

探地雷达图像的分析有定性和定量两种，定性分析主要在对病害范围规模的判断上，定量分析主要在各层厚度的判定上，各层厚度的判定主要是界面的追踪及电磁波的速度的确定。

表1 病害段落统计表

4 成果分析

通过对探地雷达的成果分析、解译，沿线各车道的沥青面层完整、均匀度较好，厚度在13 cm～15 cm之间。

水泥稳定碎石层厚度在26 cm～32 cm之间，部分段落的水泥稳定碎石层存在破碎、沉降现象，见图1及表1。

从表1可以看出，各车道间的病害段落对应较一致，病害较集中，病害机理一致，应为施工压实不均，车辆荷载碾压而形成。

5 结语

1)本次探地雷达的路基路面检测，达到了预定的效果，查明了沥青面层、水泥稳定碎石层的分层厚度以及病害段落分布，为小草湖—乌鲁木齐高速公路升级规划提供了必要的前期资料。

2)由于探地雷达为物理无损检测技术，是一种电子信号，并不能直观地反映出被探测体的真实物理特征，需要对其检测结果进行验证，以指导后期的更加详实的数据处理与解释。

［1］曾昭发.探地雷达原理与应用［M］.北京:电子工业出版社，2010.

［2］姚祖康.公路设计手册:路面［M］.第3版.北京:人民交通出版社，2006.