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《大连理工大学》 2002年
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路用探地雷达在道路工程中的应用研究

刘恒  
【摘要】: 随着我国公路、城市道路、机场道面建设的快速发展,对先进的、新型检测技术的需求日益迫切。然而,我国现行的公路检测手段却相对较落后,比如,路面厚度检测仍采用钻孔取芯、手工量测的办法,各结构层压实度、含水量等指针的检测仍依赖人工手段,如环刀法、灌砂法等,不仅效率低、代表性差,而且对路面具有破坏性;虽然不少单位从国外进口了一些先进检测设备,但由于缺乏配套技术和相应的标准及规范,造成这些设备尚未充分发挥应有的作用,这种状况与我国当前公路建设的发展很不适应。因此加快开发快速、高效的公路检测技术已成为目前亟待解决的关键问题之一。 路用探地雷达(简称GPR)是一种新型的公路无损检测设备,由于其检测内容丰富、测试速度快(80km/h)、取样密度高、可进行资料的实时成像处理,而且对路面无破损,已经引起了工程界的广泛关注。 本文针对GPR作了较全面的分析,介绍了探地雷达的发展过程、设备组成与探测原理,并依据大量的工程实践,探讨了探地雷达在道路工程结构中的各种应用。重点就GPR在路面结构层厚度检测和在刚性混凝土板下的脱空识别中的理论和应用进行了研究,并给出了相应的工程实例。 1.GPR工作原理及其组成 GPR是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁技术。探地雷达检测路面是利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式,通过天线中的发射器将信号传入地下,波在地下传播过程中遇到不同电性介质接口时,一部分电磁波能量被接口反射回来,另一部分能量会继续穿透接口进入下一层介质,各接口反射电磁波由天线中的接收器接收,再利用采样技术将其转化为数字信号进行处理。通过对电磁波反射信号(即回波信号)的时频特征和振幅特征进行分析,便能了解路面层的特征信息(如介电常数、层厚、空洞等)。探地雷达采用非接地性测量,可作快速连续检测,对检测对象无损,能比较直观地表现检测目标物,因此探地雷达技术成为工程地球物理勘查的重要方法之一,广泛用于地下管线探测,结构物无损检测,岩土勘查,地下洞穴等工程勘察领域。 路用探地雷达系统主要由三部分组成:天线,将电磁波定向辐射入路面系统;发射机,产生正弦型脉冲,高频电磁波;接收机,捕捉反射信号,然后将这些信号传递给信号处理机对信号进行处理。一旦回波被捕获,下一个脉冲波将产生并辐射入媒介中。 2.GPR在工程中应用 近年来,探地雷达在公路检测中的应用在国际上日益受到重视,并显示出广阔的应用前景和巨大的效益,取得了较丰硕的研究成果。本文回顾并总结了GPR在道路中的各种应用,叙述了其在路面地基勘察和现场压实度控制、新铺沥青路面控制、含水量评价及路面缺陷识别中的应用,并给出了具体的应用实例。 针对河南省道路检测工程技术研究中心(郑州大学)引进的美国Pulse Radar公司生产的RADAR V路用探地雷达系统,结合现场实验和对实验回波信号的分析及数据处理,重点研究了其在结构层厚度检测及在刚性混凝土板下脱空识别中的理论及工程应用,并 给出了相应的工程实例。通过实验对比,探讨探地雷达在道路工程中的应用。 路用探地雷达是一种高效、快捷、无损的检测设备,它能够广泛应用于道路工程的 施工质量控制和工程竣工质量验收评价。但由于GPR回波信息十分丰富,对其还需要进 一步进行研究分析,以期使WR得到更广泛的应用。
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