雷达检测沥青路面厚度的误差分析与建议.pdf

第卷 第期广 东 交 通 职 业 技 术 学 院 学 报 年月 收 稿 日 期：作 者 简 介：苗 晶，路 桥 工 程 师，本 科，研 究 方 向 为 公 路 工 程 试 验 检 测文 章 编 号：（）雷 达 检 测 沥 青 路 面 厚 度 的 误 差 分 析 与 建 议苗 晶（广 州 诚 安 路 桥 检 测 有 限 公 司，广 东 广 州）摘要：沥 青 路 面 厚 度 是 交 工 验 收 中 的 关 键 检 测 指 标，目 前 主 要 的 检 测 方 法 有 传 统 的 钻 芯 法 和 短 脉 冲 雷 达 检测 法，其 中 传 统 的 钻 芯 法 检 测 效 率 较 低，且 会 造 成 路 面 破 损，而 短 脉 冲 雷 达 法 是 一 种 高 效、连 续、无 损 的 检测 方 法。本 文 基 于 实 际 公 路 工 程 的 检 测，分 析 短 脉 冲 雷 达 的 检 测 原 理 和 影 响 因 素，对 检 测 结 果 的 误 差 进 行 对比 分 析，发 现 短 脉 冲 雷 达 能 够 较 准 确 地 检 测 沥 青 路 面 厚 度，并 结 合 雷 达 检 测 的 实 际 应 用 提 出 可 行 建 议，为 短脉 冲 雷 达 无 损 检 测 技 术 的 应 用 推 广 提 供 依 据 参 考。关 键 词：短 脉 冲 雷 达；无 损 检 测；沥 青 路 面；厚 度；检 测 误 差中 图 分 类 号：文 献 标 识 码：（，）：，：；根 据 公 路 工 程 质 量 检 验 评 定 标 准 第 一 册土 建 工 程（）规 定，沥 青路 面 厚 度 是 路 面 工 程 质 量 评 定 的 实 测 项 目 中 的关 键 检 测 项 目。路 面 厚 度 能 否 满 足 设 计 要 求，直 接 关 系 到 路 面 的 承 载 能 力 和 使 用 耐 久 性 能。在 实 际 的 路 面 工 程 施 工 中，施 工 方 为 了 节 约 成本，往 往 以 路 面 厚 度 的 下 限 值 作 为 控 制 指 标，造 成 路 面 局 部 路 段 的 厚 度 偏 小，对 整 个 路 面 的耐 用 性 能 产 生 一 定 的 影 响。目 前，在 广 东 省 内，无 论 是 高 速 公 路 还 是 较 低 等 级 的 地 方 公 路，在路 面 厚 度 指 标 的 检 测 上，普 遍 采 用 钻 芯 法 和 短脉 冲 雷 达 扫 描 法，结 果 的 评 定 以 钻 芯 法 为 准，雷 达 扫 描 检 测 结 果 仅 作 为 参 考。传 统 的 钻 芯 法效 率 低、工 作 量 大，会 对 路 面 造 成 一 定 破 坏，而 且 不 能 全 面 反 映 路 面 的 厚 度 状 况，钻 芯 部 位修 补 后 容 易 出 现 坑 槽 病 害 等 缺 陷；而 短 脉 冲 雷达 扫 描 检 测 路 面 厚 度 可 以 做 到 快 速、高 效、无损，且 全 幅 路 面 连 续 检 测。本 文 基 于 工 程 实 例，展 开 探 讨 地 质 雷 达 检 测 沥 青 路 面 厚 度 的 技 术应 用。第期苗 晶：雷 达 检 测 沥 青 路 面 厚 度 的 误 差 分 析 与 建 议 地 质 雷 达 检 测 原 理短 脉 冲 雷 达 以 高 频 电 磁 波 作 为 探 测 场 源，由一 个 发 射 天 线 向 地 下 发 射 一 定 中 心 频 率 的 无 载 波电 磁 脉 冲 波，另 一 个 天 线 接 收 由 地 下 不 同 介 质 界面 产 生 的 反 射 回 波，电 磁 波 在 介 质 传 播 时，其 传播 时 间、电 磁 场 强 度 与 波 形 将 根 据 介 质 的 电 性 质（如 相 对 介 电 常 数）及 测 试 目 标 体 的 几 何 形 态 而产 生 变 化，根 据 接 收 的 回 波 旅 行 时 间、幅 度 和 波形 等 信 息，可 探 测 地 下 目 标 体 的 结 构 和 位 置 信息。其 工 作 原 理 简 单 示 意 图 见 图。图短 脉 冲 雷 达 工 作 原 理 示 意 图短 脉 冲 雷 达 是 一 种 电 磁 波 技 术，电 磁 波 及 其传 播 理 论 是 雷 达 技 术 的 理 论 基 础。电 磁 波 在 空 间的 传 播 满 足 麦 克 斯 韦 方 程，在 工 程 介 质（岩 土、混 凝 土、钢 筋、沥 青、水、空 气 等）传 播 时，当作 无 源 场 考 虑，满 足 下 列 方 程 组：（）短 脉 冲 雷 达 工 作 频 率 高，在 介 质 中 以 位 移 电流 为 主，故 实 际 传 播 过 程 中 很 少 发 生 频 散，速 度基 本 由 介 质 的 介 电 性 质 决 定，可 简 单 表 示 为：（）式 中，为 光 在 真 空 中 的 速 度，取 ；为 介 质 的 相 对 介 电 常 数。对 于 非 磁 性 介 质，当 电 磁 波 垂 直 入 射 时，其反 射 特 性 也 主 要 取 决 于，其 反 射 系 数为：槡槡槡槡（）可 见，电 磁 波 由 相 对 介 电 常 数 较 小 的 介 质 进入 较 大 的 介 质 时，即 由 高 速 介 质 进 入 低 速 介 质时，反 射 系 数 为 负，也 就 是 反 射 波 振 幅 反 相。反之，电 磁 波 从 低 速 介 质 进 入 高 速 介 质 时，反 射 波振 幅 与 入 射 波 同 相。短 脉 冲 雷 达 检 测 影 响 因 素 距 离 标 定使 用 地 质 雷 达 进 行 路 面 厚 度 检 测 时，必 须 先进 行 距 离 标 定。距 离 标 定 是 否 准 确 关 系 到 检 测 结果 对 应 路 面 位 置 的 准 确 性，根 据 相 关 要 求，雷 达距 离 标 定 误 差 不 大 于。天 线 频 率 的 选 择雷 达 天 线 频 率 是 影 响 雷 达 扫 描 图 像 效 果 的 重要 因 素。一 般 来 讲，天 线 频 率 越 高，探 测 深 度 越浅，探 测 精 度 越 高；频 率 越 低，探 测 深 度 越 深，探 测 精 度 越 低，只 有 保 证 适 合 的 天 线 频 率、得 到清 晰 的 雷 达 扫 描 图 像，才 能 准 确 分 析 辨 认 路 面 结构 层 的 厚 度。一 般 情 况 下，根 据 被 检 测 路 面 的 标称 厚 度 来 选 择 适 合 的 天 线 频 率，通 常 当 被 测 路 面标 称 厚 度 小 于 时，可 选 用 频 率 不 小 于 的 雷 达 天 线；当 被 测 路 面 标 称 厚 度 为 时，可 选 用 频 率 不 小 于 的 雷 达 天 线；当被 测 路 面 标 称 厚 度 大 于 时，可 选 用 频 率 不小 于 的 雷 达 天 线。波 速 标 定要 准 确 检 测 出 路 面 厚 度，就 必 须 尽 量 准 确 地得 到 不 同 的 路 面 材 料 的 相 对 介 电 常 数 或 者 雷 达 波在 不 同 路 面 材 料 中 的 传 播 速 度，需 要 通 过 下 式 计算 路 面 厚 度：（）式 中，为 波 速，为 双 程 走 时。相 对 介 电 常 数 随 着 路 面 结 构 的 设 计 厚 度、集料 类 型、沥 青 种 类、混 合 料 密 度 及 湿 度 等 因 素 变化 而 不 同。相 对 介 电 常 数 标 定 段 落 一 般 不 宜 大 于，一 般 情 况 下 钻 取个 以 上 芯 样 进 行 标定 基 本 能 够 保 证 相 对 介 电 常 数 标 定 结 果 的 准 确 性和 代 表 性。部 分 常 见 材 料 的 相 对 介 电 常 数 见 表。表常 见 材 料 的 相 对 介 电 常 数 范 围材 料 类 型 相 对 介 电 常 数 材 料 类 型 相 对 介 电 常 数空 气沥 青 混 凝 土 水干 砂 普 通 水 泥 混 凝 土 石 灰 岩 在 实 际 工 程 中，路 面 的 干 燥 状 态（路 面 含 水 广 东 交 通 职 业 技 术 学 院 学 报第卷率）是 影 响 路 面 相 对 介 电 常 数 标 定 的 重 要 因 素。由 表可 知 水 的 相 对 介 电 常 数 为，远 大 于 沥 青混 凝 土。因 此 含 水 率 不 同 的 路 面，其 标 定 的 相 对介 电 常 数 也 会 存 在 较 大 差 异。为 此，通 过 成 型 车 辙 板 块 浸 水 与 晾 干 的 过程，研 究 含 水 率 对 相 对 介 电 常 数 的 影 响。成 型 车辙 板 的 沥 青 混 合 料 与 一 实 际 高 速 公 路 沥 青 路 面 相同，上、中、下 面 层 结 构 分 别 为、沥 青 混 凝 土，每 种 结 构 各 成型块 车 辙 板，浸 水 一 天 后 取 出，立 即 进 行 相 对介 电 常 数 测 试，随 后 晾 干天、天、天、天后 分 别 进 行 相 对 介 电 常 数 测 试，结 果 见 表。表含 水 率 不 同 的 车 辙 板 的 相 对 介 电 常 数 测 试 结 果浸 水晾 干 时 间沥 青 混 合 料 类 型 层 结 构依 次 叠 加浸 水天含 水 率 相 对 介 电 常 数 晾 干天含 水 率 相 对 介 电 常 数 晾 干天含 水 率 相 对 介 电 常 数 晾 干天含 水 率 相 对 介 电 常 数 晾 干天含 水 率 相 对 介 电 常 数 由 表试 验 结 果 可 知，路 面 含 水 率 对 相 对 介电 常 数 的 标 定 结 果 影 响 较 大，进 而 导 致 路 面 厚 度测 试 结 果 不 准 确。相 对 介 电 常 数 标 定 分 析选 取段 路 面 结 构 不 同 的 路 段 为 研 究对 象，见 图。对 路 段 进 行等 分，每 个 路 段 在等 分 点 处 做 上 记 号，分 别 为，。每 个 路 段 随 机 选 取个 点 进 行 相 对 介 电 常 数 标定，再 通 过 标 定 的 相 对 介 电 常 数 反 算 验 证 其 余 点位 置 的 路 面 厚 度。对 于 路 面和 路 面分 别 随 机钻 取个 芯 样 进 行 相 对 介 电 常 数 标 定，结 果 见 表。通 过 上 述 标 定 的 路 面 的 相 对 介 电 常 数 结 果，结 合 雷 达 对 路 面 其 余 点 位 检 测 扫 描 的 雷 达 波 实 测走 时，计 算 路 面 厚 度，结 果 见 表。图路 面 相 对 介 电 常 数 钻 孔 标 定 示 意 图表路 面 相 对 介 电 常 数 标 定 结 果位 置雷 达 波 走时 钻 芯 实 测厚 度 相 对 介 电 常 数 标 定 值单 值 平 均 值路 面 路 面 表路 面 厚 度 计 算 结 果 与 实 测 结 果 对 比位 置雷 达 波走 时 相 对 介电 常 数路 面 厚 度计 算 值 钻 芯 实 测厚 度 厚 度 相 对误 差 路 面 路 面 由 上 述 结 果 可 知，长 的 路 段，通 过 钻取个 芯 样 进 行 相 对 介 电 常 数 标 定，基 本 能 够 保证 其 结 果 具 备 代 表 性。同 时，通 过 标 定 的 相 对 介电 常 数 针 对 路 段 其 他 位 置 的 厚 度 进 行 检 测，能 够达 到 较 高 的 准 确 性，厚 度 相 对 误 差 不 大 于。雷 达 检 测 路 面 厚 度 准 确 性 与 再 现 性 分 析 雷 达 检 测 路 面 厚 度 准 确 性 分 析采 用 短 脉 冲 雷 达 对 上 述 路 面和 路 面进 行连 续 扫 描 测 试，每 间 隔 输 出 一 个 厚 度 平 均 值（见 表）。在 路 面和 路 面的 测 试 结 果 中 选 取个 点，在 其 对 应 位 置 进 行 取 芯 验 证 比 较（见 表）。由 测 试 结 果 可 见，通 过 地 质 雷 达 连 续 检 测 路面 厚 度 基 本 能 够 控 制 相 对 误 差 在以 内，而 沥青 混 凝 土 面 层 总 厚 度 的 允 许 偏 差 为 （为 厚 度 设 计 值），所 以 使 用 短 脉 冲 雷 达 检 测 沥青 路 面 厚 度 控 制 其 相 对 误 差 在以 内 是 可 行 的。表雷 达 检 测 路 面 结 果检 测 路 段厚 度 设 计值 厚 度 平 均值 检 测 点数点合 格 点数点合 格 率 路 面 路 面 （下 转 第页）第期刘 国 庆：帷 幕 注 浆 技 术 在 城 市 隧 道 软 弱 围 岩 中 的 应 用 岩 与 周 边 围 岩 形 成 一 个 固 结 体，能 有 效 提 高 隧 道整 体 围 岩 稳 定 性，在 城 市 隧 道 软 弱 围 岩 的 施 工 中值 得 推 荐 应 用。参 考 文 献：杨 栋松 散 区 盾 构 隧 道 注 浆 控 制 技 术 研 究 现 代 交通 技 术，（）：张 健引 水 隧 洞 富 水 洞 段 全 断 面 超 前 帷 幕 注 浆 圈 厚 度优 化 研 究 中 国 水 能 及 电 气 化，（）：李 苗 苗页 岩 隧 道 超 前 周 边 注 浆 施 工 技 术 的 应 用 黄 河 水 利 职 业 技 术 学 院 学 报，（）：郑 世 杰，赵 争 科，冯 超水 平 模 袋 桩 在 隧 道 进 洞 口 注 浆加 固 中 的 应 用 施 工 技 术，（）：曹 雷基 坑 开 挖 对 邻 近 既 有 隧 道 结 构 影 响 及 注 浆 加 固措 施 分 析 路 基 工 程，（）：白 玉 山，孙 文 智，孙 松 峰，等富 水 软 岩 隧 道 注 浆 变 形 控制 技 术 研 究 市 政 技 术，（）：王 杨深 孔 注 浆 技 术 在 北 京 地 铁 暗 挖 隧 道 富 水 砂 卵 石地 层 止 水 施 工 中 的 应 用 建 筑 技 术，（）：张 保 川东 茗 隧 道 衬 砌 带 模 注 浆 施 工 技 术 分 析 浙江 水 利 水 电 学 院 学 报，（）：檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵（上 接 第页）表雷 达 检 测 结 果 与 钻 芯 结 果 对 比检 测 位 置雷 达 法 检 测结 果 钻 芯 法 检 测结 果 相 对 误 差 路 面 路 面 雷 达 检 测 路 面 厚 度 再 现 性 分 析间 隔个 月 后，对 路 面和 路 面再 次 进 行雷 达 扫 描 测 试（检 测 设 备 及 人 员 不 变），结 果 见表。由 表可 见，短 脉 冲 雷 达 在 不 同 时 间 进 行检 测，路 面和 路 面的 合 格 率 分 别 相 差 和，基 本 能 够 认 为 短 脉 冲 雷 达 检 测 沥 青路 面 厚 度 的 再 现 性 误 差 很 小。表 个 月 后 雷 达 检 测 路 面 厚 度 结 果检 测 路 段厚 度 设 计值 厚 度 平 均值 检 测 点 数点合 格 点 数点合 格 率路 面 路 面 结 论 与 建 议短 脉 冲 雷 达 检 测 沥 青 路 面 厚 度 的 误 差 由 距 离标 定、天 线 频 率 选 择 以 及 相 对 介 电 常 数 标 定 等 因素 造 成。路 面 相 对 介 电 常 数 的 准 确 标 定 对 检 测 结果 影 响 较 大，而 路 面 含 水 率 是 影 响 相 对 介 电 常 数标 定 的 重 要 因 素，因 此 建 议 在 路 面 干 燥 的 状 态 下测 试。短 脉 冲 雷 达 检 测 沥 青 路 面 厚 度 的 方 法 具 备高 效 率、无 损、可 连 续 检 测 等 优 点。通 过 试 验 比对，短 脉 冲 雷 达 检 测 路 面 厚 度 与 钻 芯 法 检 测 的 结果 具 有 较 高 的 相 关 性，二 者 结 果 的 相 对 误 差 小 于，可 认 为 短 脉 冲 雷 达 连 续 检 测 沥 青 路 面 厚 度的 方 法 是 可 靠 的。只 要 控 制 好 短 脉 冲 雷 达 在 检 测过 程 中 的 影 响 因 素，其 检 测 结 果 的 相 对 误 差 是 较小 的，建 议 在 实 际 工 程 项 目 中 采 用 短 脉 冲 雷 达 作为 一 种 检 测 沥 青 路 面 厚 度 的 标 准 方 法。参 考 文 献：中 华 人 民 共 和 国 交 通 运 输 部公 路 工 程 质 量 检 验 评 定标 准第 一 册土 建 工 程：北京：人 民 交 通 出 版 社，中 华 人 民 共 和 国 交 通 运 输 部公 路 路 基 路 面 现 场 测 试规 程：北 京：人 民 交 通 出 版 社，何 月 婷公 路 地 质 雷 达 在 检 测 公 路 路 面 厚 度 中 的 应 用华 东 公 路，（）：王 子 彬路 面 雷 达 在 沥 青 路 面 厚 度 检 测 中 的 应 用 公 路 与 汽 运，（）：