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1、探地雷达现场测试道路层厚检测报告中国电波传播研究所二一一年四月八日业主名称 : 检测单位 : 检测日期 ：2011年4月1日检测人员 : 于景兰 、施兴华 报告编写 :施兴华技术负责 : 总工程师 : 审 核 : 编写日期 ：二一一年四月目录一、工程概况4二、检测依据：4三、检测原理：4四、参数选择依据5五、现场检测过程7六、数据处理和解释8七、小结和展望13一、工程概况107国道是一条南北运输大动脉，也是郴州的一条主要线路，起着举足轻重的地位。无论是任何自然灾害还是高速公路封闭都必须通过107国道。国道的交通流量很多，尤其是大型运输车辆。路面破损日益严重。为了解决道路拥堵瓶颈问题，修复破损路
2、面，郴州市对107国道郴州段进行大规模维修和拓宽改造。中国电波传播研究所受湖南省公路管理局的委托，于2011年4月1日对107国道水泥混凝土路面郴州段进行了路面厚度以及预埋钢筋的检测。检测总长为4000米，分为4段（分别为k3+680k4+610、k4+720k5+065、k5+340k6+730、k6+815k7+800）。水泥混凝土路面面层厚度设计为34cm，每个水泥板中平均每75cm铺设一根拉杆钢筋。二、检测依据：公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2002公路工程质量检验评定标准 JTG F80/1-2004公路路基路面现场测试规程JTG E60-2008三、检测原理： 探地雷达
3、实现路面厚度检测的基本原理是电磁波在介质中的传播理论。探地雷达向地下以脉冲形式发射电磁波，电磁波在均匀各向同性介质中以电池和磁场相互交替变化的方式，并以一定的速度，由近及远传播。当电磁波在传播过程中遇到不同介质时，在介质交界面上就会产生反射和透射如下图所示，探地雷达就是通过接收地面的反射波来探测路面结构层厚度的。 图 1 公路层厚检测的原理图对于水泥混凝土路面中的钢筋检测可以把钢筋看成一个异常体，由于钢筋的介电常数比混凝土的大很多，因此在钢筋和混凝土的交界面上将产生强烈反射，由于电磁波从远及近对钢筋产生反射，因此钢筋会形成一个双曲线或是月牙形状。弧形的顶点即为钢筋的顶部位置。图 2 典型的钢筋
4、显示四、参数选择依据1) 天线类型的选择 考虑到本次检测的情况选择地面耦合天线，并保证探测精度。2) 天线中心频率的选择天线中心频率的选择需兼顾目标深度、目标最小深度及天线尺寸是否符合场地需要，它可由下式初步确定：式中，x为要求的空间分辨率， 为公路介质的相对介电常数。对探测水泥混凝土路面且精度要求高，我们选用900M的天线。3) 时窗的选择时窗W（单位ns）的选择主要取决于最大探测深度（单位m）与地层电磁波速度（单位m/ns）:对于本次测量，时窗设置为20ns。4) 天线方向的取向偶极天线的极化方向应保证与物体的长轴或走向保持一致，目标长轴方向不明时，最好使用两组正交方向的天线分别进行测量。
5、5) 测线的布置和测距的实现由于水泥混凝土路面在铺设时是使用摊铺机进行铺设的，在同一横向上的厚度差别不大，因此对于本次的测量，整个右幅的路面只需布置一条测线。图 3 测线的布置雷达的测距是通过安装在天线上的测量轮来实现的。为保证测量精度，每过一个5米的水泥板时打一个大标记，每过一个百米桩号时打一个小标记。这样在事后的处理中可以精确到每个水泥板块，并把测量误差控制到最小。天线频率900M地面耦合测量方式测量轮控制方式时窗20ns标记扩展5道间距0.9cm采样点512点滤波200M1800M五、现场检测过程整个检测工程由4段路面组成，因此分成了4条测线。每次检测过程都由专人负责记录检测情况，以保证
6、原始数据的真实性。现场检测采用LTD-2100型探地雷达配合900MHz天线进行。探地雷达由一体化主机、天线及相关配件组成。图 4 现场检测时使用的雷达主机和天线检测前为了更精确的检测层厚，需对混凝土路面进行现场标定，由于每个路段的龄期不同，为了减少误差，对不同龄期的路面都进行钻芯标定。在钻芯时每个路段先用LTD-2100型探地雷达配合900M天线在路段的头、中、尾各采集一个标定文件记录电磁波双程走时，然后在选定点进行钻孔取芯，取出芯样后，用钢尺量测混凝土层厚度最后用于标定电磁波在混凝土介质层中的传播速度。 标定面层厚度图 5 用于标定的雷达数据图 6 现场的钻芯检测情况六、数据处理和解释探测
7、的雷达图形以脉冲反射波的波形形式记录，以波形或灰度图显示探地雷达垂直剖面图。探地雷达探测资料的解释包括两部分内容：一为数据处理，二为图像解释。由于地下介质相当于一个复杂的滤波器，介质对波的不同程度的吸收以及介质的不均匀性质，使得脉冲到达接收天线时，波幅减小，反射回波波形与原始发射波形有较大的差异。另外，各种随机噪声和干扰也在不同程度地影响实测数据。因此，必须对接收信号进行适当的处理，以提高信号的信噪比，为进一步数据解释提供清晰可辩的图像，识别现场探测中遇到的有限目标体引起的异常现象，对各类图像进行解释提供依据。图像处理包括消除随机噪声、压制干扰，改善背景；进行自动时变增益或控制增益以补偿介质吸
8、收和抑制杂波，进行滤波处理除去高频，突出目标体，降低背景噪声和余振影响。图 7 K3+680k4+610部分路段的层厚曲线1 图 8 K3+680k4+610部分路段的层厚曲线2无钢筋的显示图 9 k4+720-k5+065部分路段层厚曲线钢筋的显示图 10 k4+720-k5+065部分路段层厚曲线只有这段有钢筋网显示图 11 k5+340-k6+730 部分路段层厚曲线稀疏钢筋显示图 12 k5+340-k6+730 部分路段层厚曲线正常钢筋显示图 13 k6+815-k7+800部分路段层厚曲线稀疏钢筋显示图 14 k6+815-k7+800部分路段层厚曲线路线名称 107国道日期201
9、1-4-1路面类型水泥混凝土技术等级一级检测方向南到北起始里程终止里程评价长度 m 设计值(mm)平均值(mm)标准差(mm)代表值(mm)K3+680K4+610940340327.417.84327.3K4+720K5+065345340328.817.8283328.7K5+340K6+7301390340338.813.91338.5K6+815K7+800990340337.39.0433.72详细的雷达层厚报表可见附件。七、小结和展望本次检测共检测四段数据通过钻芯对波速的标定得到整个路段的平均厚度和钢筋分布情况。第一段k3+680k4+610长度为940m平均厚度为32.8cm、k
10、4+720k5+065长度为345m，平均厚度为32.88cm、k5+340k6+730长度为1390m平均厚度为33.88cm、k6+815k7+800长度为990m平均厚度为33.73cm。根据规范中规定的5mm的误差，因此认为前两段路面厚度不满足设计要求。在公路的水泥混凝土路面检测过程中，使用LTD系列层厚检测雷达对路面厚度进行了检测。研究结果表明：雷达估计误差与实际钻芯检测结果完全能满足1cm的误差要求；在检测现场结合配套的处理软件对雷达数据进行分析，能帮助检测人员更有效、更准确的分析数据。同时探地雷达在水泥混凝土路面中的钢筋检测也是非常清晰的。在本次检测中发现了部分路段的层厚不满足设计要求，同时大部分的路面没有按照设计规划铺设响应的钢筋，如果在铺设试验段时就进行检测，将避免因工程不合格砸碎重修，带来的人力物力的巨大浪费，几十万，甚至几百万工程费用的浪费。参考文献： 曾昭发，刘四新，王者江，等. 探地雷达方法原理及应用M. 北京：科学出版社，2006.2 杨峰，张全升，等. 公路路基地质雷达探测技术研究M. 北京：人民交通出版社，2009.3 李大心. 公路工程质量的探地雷达检测技术J. 地球科学中国地质大学学报，1996，21（6）：661664
