探地雷达在公路隐性病害检测中的应用研究

0引言

近年，随着我国公路的建设里程和质量的进一步提升以及公路网的不断完善，公路路网建设已经开始从“建设为主”向“建养并重”、“养护为主”的逐步转变[1]。科学的养护方案与决策是公路长期保持良好路用性能的前提与保障，然而，目前针对路表显性病害的一些评价指标不能反映路面结构内部的隐性病害，对于使用时间较长的公路来说，路面内部的隐性病害应该引起更大的关注[2]。

隐性病害指基层内部隐性裂缝、松散、层间不连续、土基含水量高、软基等的病害，目前，国内外关于隐性病害识别方面的研究较少[3]。探地雷达作为一种无损检测技术，因其具有非破坏性、速度快、精度高、携带方便、低交通影响等特点，在公路无损检测领域得到一定的发展与重视。但在实际应用中，存在以下问题尚未得到有效解决：当前探地雷达路面检测技术精度差异较大，病害识别效率低，不同病害难以区分，无法对路面结构状态进行有效评价等问题[4]。因此，针对以上问题，依托南通228 大修工程项目，对探地雷达无损检测技术识别、分析等方面进行研究，以期为路面的养护决策提供支持。

1探地雷达设备分析与研究

1.1 探地雷达基本技术原理

探地雷达以高频电磁波为载体，有发射和接收天线组成，由发射天线T发射电磁波送入地下，经地下地层或目的体反射后返回地面，为地面接收天线R 所接收，通过对接收波长的成像分析，获取地下目标的探测图像[5]。

1.2 探地雷达设备系统组成

随着科技的发展，探地雷达技术亦日益成熟，出现了越来越多的探地雷达系统。探地雷达系统主要由主机（主控单元）、发射机、发射天线、接收机、接收天线五部分组成。其他还包括定位装置（如GPS、里程计或打标器）、电源以及手推车等。总体来说，探地雷达组成系统正朝着功能专业化、小型化、多功能以及多通道的趋势发展[6]。

2基于探地雷达的公路病害识别方法研究

2.1 病害对象识别

道路结构内部病害按路面结构类型，可分为沥青路面结构内部病害和水泥路面结构内部病害，按病害类型可分为：层间脱空、结构脱空、松散、不密实、其他（裂缝、高含水、管线等）。

（1）层间脱空一般指由于结构层层间黏结失效，在行车荷载和雨水反复作用下，致使结构层间分离，层间材料散失，在结构层间产生一定空间，严重时可发展为结构脱空的一种病害。

（2）结构脱空一般指结构内部存在较大的内部空洞，其来源一般分为两类：一是由层间脱空发展而来；一是由松散发展而来，由于结构材料间黏结失效，产生的松散，在外界条件作用下致使松散材料散失而在结构内部形成的空洞。

（3）松散，施工期间材料压实不足（离析）或结构内部材料间黏结力不足，在行车荷载及雨水作用下，导致混合料结构失去原有稳定结构并丧失承载力的一种状态。

（4）不密实，主要由于施工质量造成的结构内部材料离析或压实不足，结构内部空隙较多，与松散的主要区别在于雷达图像上不密实黑白点状图像较多。

（5）其他，路面结构内部病害以外还有裂缝、高含水等其他病害。

2.2 探地雷达反射波形参数分析

对沥青路面隐性病害分析前需要对雷达数据的关键波形参数进行分析，即瞬时相位、瞬时振幅、瞬时频率。由于路面检测过程中会产生大量的波形数据，仅仅依靠每条波形的相位、频率、振幅进行病害分析是无法实现的，因此，可利用灰度图进行路面内部病害快速识别，可将波峰定义为白色、波谷定义为黑色，黑色和白色的强度为信号的振幅，将信号频率的高低用黑色和白色方块的厚薄来表述，如果黑色或白色方块越厚，说明此处的信号频率越低，反之亦然。

2.3 典型病害雷达图谱的建立

结合雷达波形数据关键参数的特点，为了能够快速分析路面内部的隐性病害，提出雷达分析的六大关键步骤：去除直流漂移、静校正切除、波形增益、水平干扰信号去除、高低频干扰信号去除、横向平滑，为隐性病害的分析提供指导。

在上述分析步骤的基础上，已在江苏、浙江、江西、安徽等全国十余条道路进行了雷达检测，检测里程约550车道公里和取芯验证500以上。通过不同试验路段的检测和分析，建立不同病害的雷达特征图谱库，并在此基础上建立不同病害图谱的分析评价方法和判断标准。

文章来源：《无损检测》 网址: http://www.wsjczzs.cn/qikandaodu/2021/0617/559.html