【摘 要】在實(shí)際工作中，探地雷達(dá)作為新型的無損檢測設(shè)備，具有攜帶方便、非破壞性、檢測快速、精度高等特點(diǎn)，受到廣大技術(shù)人員越來越多的關(guān)注，并且已經(jīng)在路面厚度檢測和隧道襯砌厚度檢測中得到推廣和應(yīng)用。本文詳細(xì)介紹了探地雷達(dá)檢測路面結(jié)構(gòu)層厚度和檢測隧道二襯厚度的工作原理，并說明了在檢測過程中應(yīng)該注意的事項(xiàng)，最后進(jìn)一步指出了使用探地雷達(dá)檢測技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】探地雷達(dá)；檢測技術(shù)；路面；隧道

一、引言

探地雷達(dá)方法是通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁波，通過接收天線接收反射回地面的電磁波，電磁波在地下介質(zhì)中傳播時遇到存在電性差異的分界面時發(fā)生反射，根據(jù)接收到的電磁波的波形、振幅強(qiáng)度和時間的變化等特征推斷地下介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度。

探地雷達(dá)是一種廣譜電磁技術(shù)，用于確定地下介質(zhì)的分布情況。近年來，由于探地雷達(dá)具有高采樣率、無損檢測等優(yōu)點(diǎn)，它逐漸取代了原有的鉆孔取芯法而在各種工程中得到了極為廣泛的應(yīng)用。在進(jìn)行檢測的過程中，這種方法只要配合少量的鉆孔就能夠了解公路的結(jié)構(gòu)及地層的各種變化情況，非常有效地克服了現(xiàn)行鉆孔法的不足。并且可以準(zhǔn)確地提供關(guān)于基層和面層厚度變化的一些真實(shí)情況，為實(shí)際施工提供了極具參考價值的可靠參數(shù)。

二、探地雷達(dá)檢測厚度的工作原理

1、探地雷達(dá)檢測路面結(jié)構(gòu)層厚度的工作原理

在道路的質(zhì)量控制工作中，最重要的一部分就是進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層厚度的檢測。傳統(tǒng)上所使用的鉆心取樣法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足精確檢測的要求，因此通過對探地雷達(dá)測厚的工作原理進(jìn)行理論分析，可以看出探地雷達(dá)技術(shù)在公路工程質(zhì)量檢測中所具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

利用探地雷達(dá)檢測公路面層厚度是一種反射波探測法。在特定的介質(zhì)中，電磁波的傳播速度v是保持不變的，因此根據(jù)探地雷達(dá)所記錄的地面反射波與地下反射波的時間差△t，即可依據(jù)公式h=v△t/2，計算出界面的厚度值h的大小，對于路面結(jié)構(gòu)層厚度的檢測而言，h即為面層的厚度，v表示電磁波在地下介質(zhì)(面層)中傳播時的速度。雷達(dá)所使用的電磁波都是高頻的，而公路面層所用的材料都屬于低損耗介質(zhì)，因此速度v的大小可由以下公式算出。v=c/該式中，c表示電磁波在大氣中傳播的速度，約為300 000km／s，的大小取決于構(gòu)成面層的所有物質(zhì)的介電常數(shù)，它表示的是面層的相對有效介電常數(shù)。反射信號的振幅與反射系統(tǒng)成正比，在以位移電流為主的低損耗介質(zhì)中，反射系數(shù)的強(qiáng)度也可以由特定的公式計算出來。上、下介質(zhì)的電性差決定了反射信號的強(qiáng)度，電性差越大，反射信號就會越強(qiáng)。對于瀝青混凝土面層來說，基層與面層之間存在著非常明顯的電性差，因此可以預(yù)期面層的底部會有強(qiáng)反射的出現(xiàn)。

2、探地雷達(dá)檢測隧道二襯厚度的工作原理

用探地雷達(dá)來進(jìn)行隧道二襯厚度的檢測時，所采用的方式是反射測量，它的工作原理是天線發(fā)射器將高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的形式，發(fā)射到介質(zhì)內(nèi)部，然后經(jīng)過存在電性差異的介質(zhì)層，雷達(dá)天線接收器接收一部分被反射折向地面的電磁能量，而另一部分能量被折射進(jìn)入到下一層介質(zhì)后繼續(xù)傳播。通過測得的反射波旅行時間及電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，就可以計算出反射面距離表面的距離。與此同時，根據(jù)接收到的反射波的波形、振幅和頻譜的變化，就能夠判定出介質(zhì)的性質(zhì)和屬性。

當(dāng)發(fā)射天線和接收天線相距很近時，目標(biāo)的深度h可近似為 h=vr／2

因此探地雷達(dá)在對測試資料進(jìn)行詳細(xì)的分析和處理基礎(chǔ)上，能夠較好地對隧道襯砌厚度做出精確的檢測。但是在檢測過程中，由于探測精度與所取的波速有很大的關(guān)系，所以需要在檢測現(xiàn)場測取足夠量的點(diǎn)數(shù)的雷達(dá)波來測取波速。而通常情況下，雷達(dá)波在混凝土中具有一定的離散性，這種離散性有時可達(dá)5％一10％，因此在注意波速測取的情況下，可以將襯砌厚度的誤差限制在2cm-4cm的范圍內(nèi)。由于方法本身還存在著一定的問題，需要進(jìn)一步的進(jìn)行完善。

三、探地雷達(dá)檢測厚度應(yīng)該注意的事項(xiàng)

探地雷達(dá)所面對的對象是十分復(fù)雜的，存在著很多未知而且難以確定的因素。因此，進(jìn)行精確的操作，合理的使用以及系統(tǒng)而綜合的分析，才能夠有效減少誤差，在檢測過程中達(dá)到規(guī)定所要求的精確度。影響探測雷達(dá)測厚精確性的主要參量有回波、地面零點(diǎn)和路面的介電常數(shù)等。所以在進(jìn)行探測雷達(dá)檢測的過程中國，應(yīng)該注意正確的確定這些參量，進(jìn)而有效提高探測厚度的精確性。

第一，確定底界面的回波。目前情況下，解決問題的核心是提取界面同波信號，這是因?yàn)樵诂F(xiàn)在技術(shù)條件下還不能給從原始的波形中直接而且精確區(qū)分出路基界面與路面的反射回波。而由于大部分的波和干擾波相對來說都是固定不變的，因此我們可以相關(guān)分析的方法來抑制雜波或者干擾波。具體而言，要的到一個比較準(zhǔn)確的底界面回波信號，可以利用—個不含界面反射信號的回波信號與含有界面反射信號的回波信號來進(jìn)行相關(guān)分析。這就要求在實(shí)際的操作過程中，要以路面結(jié)構(gòu)中的最厚點(diǎn)為參考點(diǎn)。進(jìn)行參考點(diǎn)的選擇時，可以從探測圖像上尋找并進(jìn)行對比分析，也可以通過分析探測的波形來確定，或者將已有鉆探的最大厚度的探測點(diǎn)來作為參考點(diǎn)。

第二，確定地面零點(diǎn)。要確定電磁波在面層中的實(shí)際傳播的時間，除了知道回波時間外，還必須對地表面的位置進(jìn)行正確的判定。地面零點(diǎn)的判斷正確與否，對于厚度值的讀數(shù)會產(chǎn)生直接的影響。

第三，標(biāo)定路面的介電常數(shù)。保證路面厚度值探測精度的關(guān)鍵參數(shù)是路面介電常數(shù)，一般情況下，介質(zhì)的介電常數(shù)會受到很多因索的影響，例如路面材料、施工工藝、密實(shí)程度、冶冰量等，同時不同探測點(diǎn)的介電常數(shù)也會出現(xiàn)差別。所以必須進(jìn)行標(biāo)定，并采用鉆孔取樣，進(jìn)而來保證檢測結(jié)果的有效性和可信度。

四，探地雷達(dá)檢測技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

探地雷達(dá)檢測具有如下技術(shù)特點(diǎn)：(1)對混凝土的穿透能力很強(qiáng)，可對較大深度進(jìn)行測量；(2)能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸探測，并且探測速度快；(3)以增大頻率寬度和減小波長，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高分辨率的探測；(4)微波有極化特性，可確定缺陷的形狀和取向。由此可以看出，雷達(dá)檢測技術(shù)具有無損、快速、簡易、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在今后的公路工程施工中，探地雷達(dá)檢測技術(shù)會成為一項(xiàng)重要的地球物理探測技術(shù)，并能夠?yàn)橐婪ㄒ?guī)范道路建筑行為提供了強(qiáng)有力的科學(xué)技術(shù)保障。但是，探地雷達(dá)檢測技術(shù)在使用過程中，必須要與勘探工作合理地配合起來才能充分發(fā)揮作用。因?yàn)榈叵挛锢韰?shù)的差異以及周圍環(huán)境都會影響探地雷達(dá)檢測技術(shù)的效果，所以不能將探地雷達(dá)作為全方位的工程檢測工具，而忽略了與勘探工作的配合。因此，推廣探地雷達(dá)技術(shù)要針對具體問題，配合使用其它勘探方法，才能發(fā)揮出該技術(shù)的最大潛力。

五、結(jié)語

目前，探地雷達(dá)方法在檢測路面結(jié)構(gòu)層厚度和檢測隧道二襯厚度方面已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，相信隨著工作的逐步開展和研究的進(jìn)一步深入，探地雷達(dá)方法必將在該領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮越來越重要的作用。

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