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三维探地雷达检测技术在市政道路研究中的应用

2020-06-20 438 上传者：管理员

摘要：依托新市西街市政道路病害及养护工程项目案例，对该路段主要病害进行了分析研究，为了进一步明确病害机理及路面和基层损坏程度，应用雷达探地技术进行了无损检测，检测数据经由无核密度仪进行，数据测定结果显示三维雷达探地技术精确度较高。三维探地雷达技术为市政道路无损检测提供了有利条件。

关键词：
三维探地雷达
厚度检测
均匀性评价
工程设计
结构物探测
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1、三维探地雷达系统工作原理

与其他类型的技术相比三维探地雷达的独特性在于在开展工作的过程中能够在很大程度上对路面形成保护，不会导致路面损伤现象的发生。该技术的主要工作原理在于在天线的作用下实现电磁波向路面的传递，随后有专门的设备负责信号接收工作，所有数据的分析都是凭借雷达主机实现的。在本文的研究中根据实际工程情况以及病害检测和养护要求，选择三维探地雷达无损检测系统，如图1所示。

图1探地雷达工作示意图

2、工程概况

晋城凤台西街—新市西街项目线路总长度是129.85km，采用三车道一级公路标准，设计速度60km/h～100km/h。本次病害治理无损检测涉及新市西街东起泽州路、西至西环路共计2980m，工程涉及范围如图2所示。

图2工程项目涉及范围

3、病害及检测方案

3.1病害

新市西街日交通量大，由于区域内商业裙楼、行政中心办公区域都较为集中，所以路段的车流量大，道路病害也较为突出，如路基下沉、车辙，坑槽修改破损及横、纵向裂缝等，主要病害如图3～图5所示，雷达检测如图6，图7所示。

图3横向裂缝

图4横、纵向裂缝

图5横、纵缝交叉网裂

图6雷达横向检测图

图7雷达纵向检测图

横、纵向裂缝是市政道路中半刚性基层沥青路面的最为典型的主要病害之一。图3横缝位于泰丰路段，根据雷达检测进行病害调查(见图4，图5)，雷达检测后横缝存在面层出现松散、水泥稳定碎石基层横缝处破碎，部分纵缝还伴有一定沉陷现象(见图4)。

为了更好的了解影响新市西街项目路段病害的主要因素，过去沥青路面的常见问题就是出现破损现象，同时由于路面所承载的压力较大，随着时间的推移会导致其稳定性受到一定影响，除此之外，天气状况也是导致沥青路面破损的一个重要因素。介电常数实际上可以将路面的主要变化完整的呈现出来，方便为研究人员提供有效的数据。

3.2测定方案

为了使介电常数更具代表性、能够更加科学的将问题反映出来，在具体的检测过程中由于路面所处的地理位置不同，地质条件各异，因此空隙率数据之间也存在一定的差别，我们可以借助无核密度仪PQI380的帮助对检测的实时数据进行测算，该仪器能够在较短的时间内达到数据测定的目的，同时所取得的数据信息较为精准。

结合新市西街项目路段所存在的典型病害应用三维探地雷达技术进行了无损检测，从数据信息来看，该技术的准确性是毋庸置疑的，能够起到很好的无损检测效果。通过对呈现的数据进行分析还可以得出探地雷达对高度有严格的要求，在1.5m范围内是可以准确区分洞底与洞顶反射的，但当高度超出这个范围的时候就不能完成区分任务。导致这种现象出现的主要原因在于受环境的影响高频电磁波的能量发生了锐减现象。

4、三维探地雷达检测技术

4.1数据收集

运用车载三维地基穿透雷达系统能够快速完成新市西街项目路段扫描，在进行新市西街项目路段扫描过程中扫描车辆速度可达60km/h～80km/h。在确保设备安全使用的前提下，研究道路状况、获取参数、检测速度之间的协调关系，确定三维地面穿透雷达在数据获取中的基本数据参数。根据不同的检测任务(空洞检测、管线检测、非金属管线检测等)，研究三维地面穿透雷达的最佳检测参数，检测最佳检测数据，包括检测叠加时间、纵向采样间隔等核心参数。每个采样点多次收集叠加次数的数量，采用平均值排除噪声信号影响，但叠加次数的增加会影响收集速度。采样间隔是雷达行进方向的采样间隔，影响水平界面的雷达分辨率。通常，目标上至少有三个采样点，即目标物长度小于1/3采样间隔。

4.2数据处理

对新市西街项目路段扫描收集到的数据进行:预处理、插值、偏移和后处理四个步骤的数据处理。

1)预处理

首先，将雷达数据进行直流漂移去除和时间零校正，进行数据去除、振幅校准、带通滤波、天线信号去除等处理。

2)插值

雷达资料的后续移转处理需要插入矩形格点。数据不是在所有区域一次插值，而是插值到多个块中。

3)偏移处理

偏移用于恢复反射器的真实位置和形状，特别是应用于抛物线对象时。获取移动速度需要根据已知目标主体的特定嵌入深度和时间深度计算平均速度。各层的介电常数和平均速度在不同区域也不同。

4)后处理

后处理包括振幅校正、带通滤波、地形校正、瞬时振幅，振幅校正和带通滤波与预处理原理相匹配的处理。地形校正用于处理由地形引起的静态漂移。更改项目速度会更改地形修正的结果。因此，在修正地形之前必须设置适当的项目速度。瞬时振幅滤波根据每个使用中的原始数据轨道计算包络线，以便更准确地查看反射器边界和整个区域的振幅变化。当目标区域及其相邻区域的振幅不同时，滤波效果非常明显。

4.3异常识别

分析新市西街项目路段病害及其影响范围在其的主要道路区域普遍发生的地基坍塌规模远大于辅助道路面积。在汽车车道上，长时间推压路面、振动的车辆较多，路面下的空隙等疾病的隐藏危险逐渐增加，土壤层逐渐失去连接应力，路面的沥青层失去支撑力，引起了广泛的道路病害。但是，人行道的病害主要是由路面和地面砖下不均匀、密集的回填土壤引起的。有些区域位于绿色皮带的边缘。长期洒水会增加人行道下的土壤层含水量，造成人行道下的土壤层损失，形成空隙。城市地下疾病的种类分为空洞病、空化病、松散病、水丰富的异常等。缺陷程度(包括疾病平面范围、纵向扩展、顶表面埋没深度和疾病组合)的因素对道路塌陷和损伤程度有不同的影响。

5、结语

三维探地雷达无损检测技术应运而生，与时代的发展需求相符合。从该技术的主要功能角度来看与其他技术之间存在较大的差异性，将该技术应用于市政道路无损检测中，对于市政公路运维养护和日常检测提供了重要的技术支撑。文章中结合新市西街项目的病害检测项目，所取得的检测结果经由无核密度仪对数据测定，表明了三维雷达用于市政道路无损检测的数据信息结果可信，预期效果较为理想。文章结合新市西街项目，从实践角度论述了三维雷达用作市政道路无损检测技术的主要优势以及可行性，表明该技术是可以被广泛应用的。

参考文献：

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[2]黄志勇,何仲强,陈搏.基于无损检测技术的沥青路面全幅施工均匀性研究[J].黑龙江交通科技,2019(8):67.

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韩舒.基于市政道路三维探地雷达检测技术研究[J].山西建筑,2020,46(13):106-108.