陈家博
45240219861001****，广西柳州市545001
摘 要：我国是世界上基础设施建设发展最快的国家，随着科学技术的不断进步，很多新型的勘测技术逐渐被引入到基础设施建设中。探地雷达技术就是一个典型的代表，自从该技术由军工行业被引入到勘测领域之后，它凭借着自身强大的功能性和准确性而活跃在地质探测、土木工程检测等方面。该技术最明显的特征就是在实际应用中能够准确、直观、快速的获得信息，而且可以实现非接触性连续测量。在本文中，笔者首先该技术进行了详细的技术介绍，并对该技术在实际应用中应该注意的事项进行了归纳，最后对其在检测道路结构厚度中的应用进行了探析。
关键词：探地雷达；道路结构；厚度检测；应用
对于路面结构体系而言，对其稳定性影响最大的因素即是路面面层厚度。为了确保道路施工质量和运营过程中的结构稳定性，有必要对各结构的厚底进行精细的测量。测量结果同时可以作为道路后期维护、道路扩建以及其他工程提供基本的数据支持。因此，道路结构测量的准确性影响甚广。在传统的测量过程中，常常采用钻芯取样的方式，这样的方式本身对道路有一定的破坏性，而且测量难度大、效率低，更重要的是测量结果不具有普遍性。而探地雷达技术的出现，则很好的弥补了这些缺陷。
1探地雷达技术
1.1探地雷达的分类
从目前来看，应用在道路厚度检测工程中的探地雷达一共有三种：调频式、步进式以及脉冲式。下面分别介绍三种雷达的优缺点和适用范围。调频式探地雷达与步进式探地雷达在原理上有一定的类似性，都是通过对振荡器的控制来达到对雷达发射频率的调整。这两种雷达的优点在于操作简单，测量成本低，但是对于多层道路的测量精确度不够。因此这两种雷达适用于层次不多的、结构较简单的道路，而不适用于复杂道路的结构测量。在实际的测量中，最常用的是脉冲式探地雷达。这种雷达的基本原理是将电磁脉冲通过天线来进行发射，这种脉冲可以在空气中和道路内部进行传导。在道路内部进行传导时，由于各层次之间的材料、厚度和结构有所不同，所以其介电常数存在差异。经过道路传导后的脉冲被计算机接收之后便可计算出道路的厚度。脉冲式雷达的测量结构准确，对于道路结构相对比较复杂的区段也能够取得精确的数据，因此这种类型的探地雷达的适用范围最广泛。
1.2探地雷达的组成
常见的脉冲式探地雷达可以分为主机、发射与接收的天线结构、电源、数据储存设备以及显示器等结构。在进行测量工作时，由雷达控制单元发射出超带宽的电磁脉冲波，脉冲被再经过收发器的调制后形成测量脉冲，测量脉冲经过天线传导至道路结构中。反射回来的脉冲经过控制单元的转换形成可视数据，显示屏则将处理后的数据进行显示。
1.3探地雷达工作原理
探地雷达的工作原理并不复杂。电磁脉冲实际上也是一种电磁波，在不同的材料中传播的速度有所不断，也就是不同的材料具有不同的介电常数。测量仪可以发射脉冲波，也可以接受到经过道路不同结构层次传播后的脉冲，返回的脉冲当中实际上就包含了介电常数、传播时间等数据。再将这些数据进行处理之后，就可以得到道路不同结构层次的厚度。装置在接收到反射回来的脉冲后可以形成扫面线，而一条条的扫面线就构成了测量剖面。一般来说，电磁脉冲在真空中的传播速度为光速c,不同材料的介电常数均用εr来表示，那么可以容易得到脉冲在介质中的传播速度可以表示为：
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由上述公式我们可以看出，脉冲在非磁性介质中传播时反射系数只与介电常数有关。电池脉冲在介质中传播时，如果是同种介质那么产生的是连续相位，如果在不同介质中传播，那么其频率会有明显的变化。我们通过这一特性来进行对道路结构界面和异常位置进行分析，其结果是十分准确的。
2探地雷达测量注意事项
探地雷达虽然原理简单，使用方法也并不复杂，但是为了确保测量结果的准确性，依然有很多事项是需要注意的。（1）在正式进行测量前，首先应对测量的位置进行定位。定位精度直接影响到测量结果的准确度。因为实际上道路结构比较复杂，同一路段不同区间的世界情况可能受到外界因素的影响而有所不同。所以要选择具有代表性的区间来进行测量。因为测量结果需要经过钻孔抽样检测来进行验证，如果定位不准确，则验证结果也容易出现问题。（2）避免外界电磁设备对测量结果的影响。很多电磁设备对测量结果是存在影响的，所以为了避免这种影响，有必要在进行测量之前规避各种影响因素。具体做法是，选择路面干净、干燥且没有杂物的区域进行测量。因为地表水和部分障碍物会产生较强的反射信号，这些反射信号被装置接收后对对测量结果造成干扰。（3）在进行检查工作之前，要将天线妥善放置在待测物体上，然后再进入待测状态。这样做能够确保电磁收发系统完成自动调节采集增益。
3探地雷达技术测量路面结构厚度
对于某些地区之间的道路而言，道路的均匀性、安全性和稳定性有明显的高于其他区域的要求。而各个结构层次的厚度对于公路整体的强度和稳定性有直接影响，尤其是面层的厚度，其对于到了的影响是十分明显的。有些地区的道路表面设计为刚性，而部分地区则要求是半刚性，实际上无论是哪种路面，都必须要确定面层、基层等各个层次的厚度。为了确保道路质量，除了要对各层次结构的强度进行勘测之外，还需要对其厚度进行准确的测量。前面已经提到过，传统的对道路厚度测量方法是钻芯法检测。也就是在道路的不同区域进行抽样检测，在道路表面挖取一个截面，对截面进行测量来确定各层次的厚度。这种方法的劣势十分明显。首先，如果取样较少，那么样本并不具有普遍性，测量结果也必然不准确。而如果取样过多，那么对道路的破坏就非常明显。这些取样之后形成的坑洞即便后期进行填补，也依然会给道路安全埋下隐患。而对地脉冲不仅能够实现在不对道路进行破坏的前提下完成测量，而且测量结果具有普遍性和准确性。
根据脉冲式探地雷达的工作原理，假设电磁脉冲传播在一个均匀的道路结构介质层中，由上文公式（1）与公式（2）可以得出路面结构层的厚度：
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因此，根据公式（3）可以得出，在对道路结构厚度进行计算时需要首先获取相邻分界面的反射脉冲波间的时间差△t，并计算此介质层的介电常数εr。
3.1计算层内传播时间差
传播时间差的计算是通过获取扫描线上顶部和底部反射波来进行计算的。时间差通常用△t来表示。
3.2介电常数的计算
介电常数是物理界一个十分常见的物理量，它描述了物质的一项基本属性，即存储和释放电磁能力的大小。由于不同的物质一般具有不同的介电常数，所以电磁波在不同的介质中传导时受到的影响是不同的。具体来说，在介电常数较大的材料中传播速度要小于介电常数小的介质。而不同层次的道路虽采用的浇灌材料有所不同其介电常数也不同，电磁脉冲在其中传播速度不同，可以以此为依据来进行道路厚度测量。因此，介电常数的计算就成了最关键的一个环节。从目前的情况来看，常用的介电常数计算方法有两种，下面分别进行介绍。
3.2.1钻芯取样法计算介电常数
钻芯取样法是通过局部取样来确定当前监测区域的介电常数的一种方法。在采样后，首先对样本进行扫描。根据反射信号来读出上下两个界面反射波的间距。通过以下公式可以计算出介电常数:
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3.2.2反射系数法计算介电常数
当电磁波由一种介质进入到另外一种介质时，在两种介质的界面上会同时出现折射波和反射波。也就是一部分电磁能量在界面被反射，反射波沿着相反的方向向上传播，而另一部分能量则继续向下传播。折射能量和反射能量的比例由两种介质的介电常数的比例来确定。我们可以利用这一特性来进行介电常数的测量。具体做法是选取一块满足要求的金属板放置在待测区域内，对其发生脉冲后记录反射均值，结果记为Ap；再读取分界面的反射脉冲值，即可通过以下公式计算：
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结 语
综上所述，随着社会的发展，人们对道路安全性和稳定性的要求有更高的要求。而道路各层面厚度对于道路的影响是十分明显的。探地雷达具有高效、快速、精确等优点。因此我们可以采用该技术来进行检查。而在应用该技术进行测量时有很多需要注意的事项。可以预见的是，该技术将会在道路后期的维护、修补工程等邻域得到更加广泛的应用。
参考文献：
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