摘要：本文闡述了地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的工作原理，介紹地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展概況，重點(diǎn)介紹了該項(xiàng)技術(shù)在公路路面檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用方向，最后對(duì)該項(xiàng)技術(shù)在公路工程領(lǐng)域中的應(yīng)用加以展望。

　　關(guān)鍵詞： 地質(zhì)雷達(dá)，路面檢測(cè)，技術(shù)簡(jiǎn)述

　　Abstract: this paper expounds the working principle of geological radar, this paper introduces the development situation of geological radar, this paper introduces the technology in the road surface testing field application direction, finally to the technology in highway engineering application in the field of disadvantages.

　　Keywords: geological radar, the road test, this technology

　　中圖分類號(hào)：X734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　近年來，隨著我國(guó)公路建設(shè)規(guī)模的不斷增加，相關(guān)的質(zhì)量檢測(cè)任務(wù)日益加重。然而，公路路面結(jié)構(gòu)的破壞常常始于各種隱蔽的或不可見的隱患，針對(duì)上述隱患檢測(cè)的傳統(tǒng)方法又不能及時(shí)、準(zhǔn)確地檢測(cè)及判斷隱患的具體情況。這就使得路橋結(jié)構(gòu)的維護(hù)針對(duì)性差、盲目性大，而真正的問題卻得不到解決。20世紀(jì)80年代后期，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)被應(yīng)用到公路工程的檢測(cè)領(lǐng)域，才為該類問題的解決打開了局面。

　　地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)簡(jiǎn)述

　　地質(zhì)雷達(dá)(Ground Penetrating Radar，簡(jiǎn)稱GPR)又稱探地雷達(dá)、地面探測(cè)雷達(dá)，是用高頻無線電波(頻率一般介于1MHz～10GHz)來確定地下或者巖體介質(zhì)分布狀況的一種探測(cè)方法。地質(zhì)雷達(dá)利用發(fā)射天線向地下或者巖體發(fā)射高頻電磁波，通過接收天線接收反射回地面的電磁波，電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)遇到存在電性差異的界面時(shí)發(fā)生反射，根據(jù)接收到電磁波的波形、振幅強(qiáng)度和時(shí)間的變化特征推斷介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度。使用探地雷達(dá)對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)具有實(shí)時(shí)、簡(jiǎn)便、高效、準(zhǔn)確、連續(xù)、信息豐富等特點(diǎn)。目前，該項(xiàng)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于公路工程質(zhì)量控制及病害檢測(cè)中。

　　1　工作原理

　　地質(zhì)雷達(dá)的工作原理是利用寬頻帶發(fā)射天線過向介質(zhì)發(fā)射無線波電磁脈沖，電磁脈沖在介質(zhì)傳播過程中遇到不同電性介質(zhì)界面時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射。由接收天線接收到反射信號(hào)后，將其傳輸?shù)街鳈C(jī)內(nèi)并將轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，再通過數(shù)據(jù)、圖像分析處理，就能計(jì)算出被探測(cè)介質(zhì)的某些參數(shù)，從而區(qū)分不同介質(zhì)層面，并確定不同層面物體的深度。

　　對(duì)于不同介質(zhì)，雷達(dá)波的穿透深度是不盡相同的，這主要取決于波的頻率和地下介質(zhì)的電學(xué)特性等因素的影響。一般地，頻率越高，穿透深度越小;導(dǎo)電率越高，穿透深度越小，反之亦然。在常見的工程材料中，混凝土的導(dǎo)電率高于瀝青，因此同樣頻率的雷達(dá)波在水泥中的穿透能力小于在瀝青中的穿透能力。在實(shí)際應(yīng)用中，需要針對(duì)檢測(cè)對(duì)象材質(zhì)的不同，采用不同頻率的電磁波。例如，在實(shí)際檢測(cè)工作中，探測(cè)瀝青路面常常使用頻率大于1 200MHz的天線，而對(duì)于水泥混凝土面層一般使用900MHz～1 000MHz的天線;探測(cè)路基可使用頻率為300MHz～900MHz的天線。

　　2　發(fā)展概況

　　1910年，德國(guó)人Leimbaeh和Lowy首次闡明了地質(zhì)雷達(dá)的基本概念。此后的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)有了很大改進(jìn)。但由于電磁波在地下介質(zhì)中傳播的復(fù)雜性和不均勻性，使得對(duì)地質(zhì)雷達(dá)的研究它僅限于相對(duì)均勻、對(duì)電磁波吸收較弱的地質(zhì)環(huán)境。1960年，John C. Cook等提出了采用雷達(dá)波探測(cè)地下介質(zhì)層并開發(fā)了能夠探測(cè)地下介質(zhì)的雷達(dá)系統(tǒng)。上世紀(jì)70年代以后，隨著電子技術(shù)及現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理技術(shù)的迅速發(fā)展與應(yīng)用，許多商業(yè)化的探地雷達(dá)系統(tǒng)先后問世，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，極大促進(jìn)了地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在工程中的應(yīng)用。我國(guó)針對(duì)地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究始于上世紀(jì)80年代。1983年，鐵道部引進(jìn)了第一臺(tái)地質(zhì)雷達(dá)。此后，各科研部門經(jīng)過十幾年的不斷努力，在雷達(dá)硬件設(shè)備、目標(biāo)信號(hào)提取、目標(biāo)識(shí)別、目標(biāo)成像等方面取得重大進(jìn)展和突破，特別是成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)地下目標(biāo)的三維層析成像，大大提高了分辨率和清晰度，使地質(zhì)雷達(dá)在信號(hào)處理和成像技術(shù)方面進(jìn)入了世界領(lǐng)先行列。目前在我國(guó)，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)在軍事、地質(zhì)、水利、交通、城建等部門得到廣泛應(yīng)用。

　　3　在公路路面檢測(cè)中的應(yīng)用簡(jiǎn)述

　　地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)早期在公路工程檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用主要是探測(cè)路面結(jié)構(gòu)層的厚度。近幾年，人們開始致力于研究應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)路面工程及其相關(guān)結(jié)構(gòu)層的病害和缺陷，解決公路工程施工過程和使用期間中的工程問題。本文中通過使用瑞典MALA公司的地質(zhì)雷達(dá)，結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)地質(zhì)雷達(dá)在檢測(cè)路面結(jié)構(gòu)中常見的應(yīng)用做簡(jiǎn)單的介紹：

　　1)公路施工期：檢測(cè)公路各結(jié)構(gòu)層厚度和密度，及時(shí)監(jiān)控施工質(zhì)量，并做到在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)量檢測(cè)。圖1是一段公路的雷達(dá)波形圖，從圖中可以清晰的看到道路的面層、上基層、下基層的分界線，可以由軟件識(shí)別出指定樁號(hào)的各結(jié)構(gòu)層(尤其是面層)層厚，為施工過程中的質(zhì)量控制提供了有力保障。

　　2)公路使用期：使用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)公路定期進(jìn)行快速、連續(xù)檢測(cè)，結(jié)合路面外觀普查。檢測(cè)層間脫空、空隙和破碎區(qū)域范圍，方便管理部門及時(shí)掌握公路質(zhì)量變化情況，實(shí)施補(bǔ)救措施，并進(jìn)行道路狀況動(dòng)態(tài)管理，為公路養(yǎng)護(hù)提供可靠的依據(jù)。圖2方框中所示為新鋪路面與原有舊路面結(jié)合處有填料不密實(shí)現(xiàn)象，圖3方框中所示為路面與基層之間存在脫空或者高含水區(qū)域。

　　4 結(jié)論

　　地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)雖然是一項(xiàng)較為前沿的檢測(cè)技術(shù)，但是以其獨(dú)特的優(yōu)越性，已經(jīng)在公路工程施工及后期檢測(cè)養(yǎng)護(hù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。例如，在工程建設(shè)前期，可利用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)地質(zhì)概況進(jìn)行勘查探測(cè)，確定地質(zhì)結(jié)構(gòu)、查找不良地段;在工程建設(shè)過程中，利用地質(zhì)雷達(dá)可以準(zhǔn)確地探測(cè)出路面結(jié)構(gòu)層的厚度，進(jìn)而使施工質(zhì)量得到保證;在工程的服役階段，運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行常規(guī)例行檢測(cè)，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在的各種隱患，為工程結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)和維修提供指導(dǎo)以及，這對(duì)于延長(zhǎng)使用工程結(jié)構(gòu)的使用壽命具有重要意義。作為公路行業(yè)中新興的一種高效先進(jìn)的無損檢測(cè)手段，地質(zhì)雷達(dá)在未來將越來越普及，其應(yīng)用范圍和探測(cè)能力也將不斷提高，對(duì)我國(guó)的公路建設(shè)管養(yǎng)事業(yè)具有重大意義。