下面是小编为大家整理的《探地雷达技术中公路工程论文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。摘要：主要对探地雷达在公路工程检测的应用问题进行了研究，首先概述探地雷达技术的发展以及国内外主要的探地雷达，然后分析了探地雷达的工作原理，最后探讨了探地雷達在公路工程检测中的应用。
探地雷达技术中公路工程论文 篇1：
基于探地雷达的道路工程探测研究综述
摘 要：由于具有无损探测的优势，探地雷达被广泛应用于道路勘探、工程质量检查等工程建设、检测领域。探地雷达很早之前就已经开始应用于道路工程中，在国内外的应用都有了一定的发展，相关技术也日趋成熟。本文介绍了探地雷达的基本原理，回顾了国内外学者对于探地雷达在道路工程中的应用与研究的进展和成果，总结国内外研究现状然后结合无损检测的特性对探地雷达在道路工程上的发展提出预测。
关键词：探地雷达;道路工程;无损检测
0 前言
道路象征了历史文明，促进了社会的发展、文明的进步。现代道路是科学进步的标志，经济发展的象征。尽管我国基础设施建设近些年来突飞猛进，各类道路里程不断增长，但我国与发达国家相比依然存在差距。由于我国近代道路建设起步较晚，所以高速公路总量、面积、密度和通信能力都相对偏低。国、省干线公路的改造，农村公路的建设，各级公路的养护、维修和改造等任务仍然很艰巨。城市道路的供需矛盾仍很突出，城市道路交通的拥堵，安全和环保等问题需要我们进一步努力解决。探地雷达技术作为新兴的无损检测方法，对道路的养护、提升施工质量等具有重要意义[1]。
1 工作原理及发展历程
探地雷达是利用高频电磁对地表下结构和埋设物进行探测的新型无损探测仪器。它的工作方法类似于地震，由于电磁渡能够穿透地表，探地雷达向地下发射电磁渡，当电磁渡在地下遇到地质材料特性发生变化的界面时会发生反射，通过接收反射回来的信号，根据信号中的参数，解译出目标深度、介质结构及性质。经放大、数字化处理和显示，为解释提供必要的数据和图像[2]。
二维探地雷达主要是利用电磁波的反射原理，根据地下介质的介电系数不同进行判断，见图1[3]。而传统的二维探地雷达利用一对接收天线回收信号获得数据，经过滤波技术和反演技术等进行数据处理，实现三维成像。而这种技术只能实现局部的三维成像，未能演示出地下整体真实的结构。真三维探地雷达采用阵列式天线，多个发射天线同时工作，多个接收天线可以接收到任意一个发射天线的信号，这就做到了真三维数据采集。通过对数据进行三维采集，实现三维成像，见图2[3]。
从1904年德国人Hutsemeyer利用电磁波信号探测地下金属体开始，探底雷达便逐渐开始被运用。Letmjbach和lawy在1910年提出了探地雷达的概念，他们在专利中利用埋置的两个偶极天线接收信号的区别来对地下媒介进行定位。1926年，Hutsemeyer正式提出了利用高频脉冲电磁波探测地下物质，他发现了在介电常数不均匀的介质交界面上电磁波会发生反射，这个发现就是探地雷达后期研究的基本理论。直到20世纪80年代，探地雷达虽有了一定的发展，但其应用被技术不足所局限，以至于其应用只在冰层、岩盐等对电磁波吸收较弱的物质。在20世纪80年代之后，电子科技技术与数据处理技术越发成熟，被广泛应用，探地雷达技术开始了快速发展，叶超强、刘斌清等人在《探地雷达技术在公路工程中的应用综述》中介绍到：国内中科院长春地理研究所的SI2R型探地雷达、中国电子科技集团公司第二十二研究所的LTD探地雷达，东南大学研发的GPR型探地雷达等。国外美国地球物理探测设备公司（GSSI）的SIR系列，日本应用地质式会社（OYO）公司的Georadar系列等[1，2]。
2 探地雷达在道路工程中的应用
王春晖、杨强等人在《探地雷达技术的发展及其在公路工程中的应用综述》中对探地雷达在道路工程中的应用介绍得十分详细，重点如下：
（1）在道路工程前期对地质地基进行勘察探测，确定地质结构，排查出流沙、暗河等不良地质体[2]。
（2）在道路工程施工期间，可强化施工管理。例如∶①及时调整设计;②计算面层用料;③让施工单位自觉严把质量[2]。
（3）在道路投入使用后，探地雷达可用于道路的日常探测监察，及时排查路基路面结构存在的隐患。路用探地雷达大多应用在道路的后期检测维修上，如：①路面结构层厚度检测;②缺陷识别;③基层材料评价;④针对裂缝开展探测和跟踪，研究裂缝成因，制定合理的维护方案;⑤探测沥青与集料之间的剥落以及沥青面层与基层之间的脱开;⑥对混凝土板下的脱空进行识别，以及时掌握路况条件，做到预防性维护;⑦识别桥面内部缺陷，对桥面进行相关评价[2]。
3 展望与结语
探地雷达快速、便捷、无损、精度高。传统的探测方法已经不能满足当前社会发展的要求，实现对道路空洞的快速无损探测对道路管理和养护具有重大的意义。
探地雷达未来的应用将会越来越广泛，在三维成像技术方面李世念、尹光辉等人提出了一种基于时域有限差分法（FDTD）的GPR三维逆时偏移算法，能够精确重构异常体的三维空间形态和内部结构信息，极大地提高了雷达剖面的分辨率。建立人工智能的数据库，实现对数据的实时自动处理和对道路浅地表全三維直观成像，将是其未来发展的方向[4]。
本文对探地雷达的基本原理进行了简述，简单介绍了探地雷达技术在国内外的发展过程，对前人利用探地雷达探测道路方面的研究进行了总结并作出了进一步的展望。目前探地雷达在道路工程方面的研究已较广，也存在一些不足，还有进一步研究发展的空间。
参考文献：
[1]叶超强，刘斌清，禤炜安，等.探地雷达技术在公路工程中的应用综述[J].道路工程，2018（6）：38-40+105.
[2]王春晖，杨强，陈长，等.探地雷达技术的发展及其在公路工程中的应用综述[J].中外公路，2007，27（4）：211-213.
[3]司友强，呙润华，李梦茹.道路空洞无损探测技术发展研究[J].公路，2020（2）：29-32.
[4]马永辉，郑文青，迟晓双.基于GPRSIM的道路地下病害体探地雷达正演模拟研究[J].科学技术与工程，2020，20（22）：8898-8903.
作者：胡昕 陶国志 覃育祥 李瑶瑶
探地雷达技术中公路工程论文 篇2：
探地雷达在公路工程检测中的应用研究
摘要：主要对探地雷达在公路工程检测的应用问题进行了研究，首先概述探地雷达技术的发展以及国内外主要的探地雷达，然后分析了探地雷达的工作原理，最后探讨了探地雷達在公路工程检测中的应用。
关键词：探地雷达；公路工程；检测
1 探地雷达的发展现状
1.1 探地雷达技术的发展
探地雷达是一种地球物理探测方法，其主要利用超高频脉冲电磁波进行地下介质的探测。探地雷达的工作原理并不复杂，它利用一根天线向地下发射高频宽带电磁波，并通过另外一根天线接收地下的反射波，信息处理设备对接收反射波的相关数据进行处理，根据处理结果来判断地下的情况。由于地下介质对电磁波具有较强的衰减性，同时地下介质的复杂性和多样性要远远大于地上的空气，所以，电磁波在地下的传播要比在地上传播复杂得多。所以，在探地雷达应用的初期，它主要用于冰层或岩盐矿等介质中，因为此类介质的电磁波吸收较弱，在上世纪七十年代以后，随着高新技术的不断发展以及新材料的不断涌现，探地雷达技术也获得了迅速的发展，探地水平有了很大的提升。到目前为止，探地雷达已经广泛应用到了道路下空洞及裂缝探测、埋设物探测、工程地质探测等多个领域。
1.2 国内外主要探地雷达
西方发达国家在探地雷达方面具有领先个技术和成熟的产品。能够提供探地雷达设备的国家主要有美国和加拿大，美国的GSSI公司可以提供15MHZ到2GHZ的SIR系列探地雷达，并提供相应的数据分析处理软件包；加拿大的SSI公司可以提供EKKO探地雷达系列；美国PENETRADAR公司可以提供IRIS系列路用探地雷达系统，并提供相关的处理分析软件包。随着我国科技实力的不断提升，国内很多研究院所也成功研发出了国产探地雷达设备，比如东南大学的GPR-1型探地雷达，大连理工大学的DTL-1型探地雷达，中科院长春地理所的SI2R型探地雷达，北京爱迪尔公司推出的车载式探地雷达系统已经在国内得到了广泛的应用。
2 探地雷达的工作原理分析
2.1 探地雷达的系统构成
一套完整的探地雷达设备包括多个子系统，具体有主机、发射机、接收机、天线、信号处理等。发射机用来发射雷达信号，首先由控制电路产生脉冲雷达信号，然后由天线将该信号辐射到路面；接收机用来收集反射信号，由于从地下反射的信号比较微弱，所以要采用放大器对信号进行放大，然后再把信号传送给信号处理设备进行处理；天线可以用来发射和接收信号，天线主要分为地面耦合型天线和空气耦合型天线两类；分离器主要用于将发射器和接收器不断地与天线进行联结和切断，这样可以防止接收机的输入元件被发射机的高能输出破坏；信号处理设备主要起到对接收的反射信号进行数据采集、存储、处理以及显示等作用。
2.2 探地雷达的技术原理
探地雷达采用的是电磁探测技术，其依据的是电磁场理论，电磁场是有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体的总称。随时间变化的电场产生磁场，随时间变化的磁电磁场场产生电场，两者互为因果，形成电磁场。电磁场可由变速运动的带电粒子引起，也可由强弱变化的电流引起，不论原因如何，电磁场总是以光速向四周传播，形成电磁波。电磁波的传播不需要介质，同频率的电磁波，在不同介质中的速度不同。不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大折射率越大，速度越小。且电磁波只有在同种均匀介质中才能沿直线传播，若同一种介质是不均匀的，电磁波在其中的折射率是不一样的，在这样的介质中是沿曲线传播的。通过不同介质时，会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等。探地雷达应用的基础条件是路面材料的介电常数存在差异，雷达接收的反射波是介电常数的函数，利用不同介质介电常数的差异性，才可能对反射波数据进行分析和判断，从而确定地下介质的具体情况。
2.3 探地雷达的工作原理
探地雷达通过发射和接受高频率、短脉冲电磁波，并对接收的数据进行处理，来推断出地下介质的具体特征。道路可以分为面层、基层和路基三层结构，面层为混凝土时相对介电常数为6-9之间，面层为沥青时相对介电常数一般在3-5之间，基层与路基由于湿度较大，相对介电常数都在8以上，道路各层之间的介电常数差异较大，这为采用探地雷达设备进行公路工程检测提供了可靠的技术支持。探地雷达通过天线将发射器发射的雷达波传送到道路结构层，由于空气的介电常数与路基路面的介电常数具有很大的差异性（空气的介电常数为1，而路基路面远大于1），所以，雷达波的大部分能量都会被路面路基所吸收，同时波的折射角小于波的入射角。雷达波从入射到完成循环的整个过程数据都会由仪器进行记录，通过电磁波的旅行时间、行程和行进速度以后就可以推算出路面和路基的各项具体参数，比如路基的密实程度、材料的厚度以及异常物位置等。
3 探地雷达在公路工程检测中的应用
3.1 厚度检测
根据《公路质量检测评定标准（JTGF80/1-2004）》的规定，高速和一级公路的沥青面层的总厚度允许偏差代表值为-5%h（mm），极值为-10%h（mm）；上面层代表值为-10%h（mm），极值为-20%h（mm），水泥面层代表值为-5mm，极值为-10mm。目前常用的钻孔法有一个明显的缺点，就是会对公路路面产生破坏，所以检测的次数会受到严格限制，而这样又无法保证检测的客观性。探地雷达检测主要是根据电磁脉冲在路面和路基界面的传播速度和传播时间来确定的，作为一种无损探测技术，可以有效的解决上述问题，目前探地雷达设备的厚度检测精度已经可以满足常规的检测要求。德克萨斯交通学院利用探地雷达进行过网络级厚度的检测试验，并对检测数据采用TERRA软件进行了处理，结果显示，检测厚度与实际厚度之间的绝对偏差的平均值为0.75cm，国内的探地雷达检测结果也表明，探地雷达检测误差率一般小于3%，检测结果与钻孔法的结果相一致。
3.2 路下隐患探查
路下隐患往往无法直接观察到，一般是隐患发生了很长时间以后，已经造成了公路损坏才被发现，进行时候修补，这种修补方式不仅成本大、难度高，而且影响公路的正常通行。探地雷达在探测路下隐患中有着得天独厚的优势，可以提早发现公路下面的各类隐患，使公路管理及维护部门能够及早的掌握公路的内在质量和使用寿命，从而制定出相应的维护措施，将重大损坏事消灭在萌芽中，防患于未然。目前，探地雷达在路下隐患探查方面还处于探索阶段，国外在上世纪八十年代初就开始进行了相关的试验，比如从脱空反射回波中提取有效信息，经过数据处理可以发现脱空的位置、深度和大小等数据，也有学者对混凝土路面的缺陷进行了研究，利用0.5-6.0GHz的空气耦合天线对模拟的0.5mm缺陷进行探测，取得较好的结果，随后的现场检测也表明，采用探地雷达进行探查是一个有效的方法。
参考文献
［1］王海东，张梦.夯实水泥土桩桩身完整性探地雷达检测技术试验研究［J］.湖南大学学报（自然科学版），2012，（3）.
［2］徐莹，徐宏武.探地雷达和超声波法在混凝土结构检测中的应用［J］.土木工程与管理学报，2012，（1）.
［3］孙宇.探地雷达在辽宁普通公路面层检测中的应用［J］.北方交通，2012，（4）.
作者：何刚刚
探地雷达技术中公路工程论文 篇3：
浅谈探地雷达在公路检测中的应用
【摘要】探地雷达检测，以其特殊的优势被迅速应用于公路检测。文中主要论述了探地雷达的基本工作原理，方法技术，影响探地雷达测厚精确度的几个主要参量，及它在公路中的应用等。
【关键词】公路；检测；探地雷达
探地雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)勘察方法以其非破坏性探测、抗干扰性强、分辨率高、操作方便等优势，在较短的时间内被迅速推广应用于国内外公路质量检测中。我国自2O世纪9O年代引进探地雷达系统开展在道路、隧道、堤坝，灾害地质调查等方面的应用研究工作，取得了良好的社会效益和经济效益。
1.探地雷达工作基本原理
探地雷达又称地质雷达，由发射和接收两部分组成。发射部分由产生高频脉冲波的发射机和向外辐射电磁波的天线(T)组成。通过发射天线电磁波以6O～9O0的波束角向地下发射高频电磁波(106～109Hz)，电磁波在传播途中遇到电性分界面产生反射。反射波被设置在某一固定位置的接收天线(R)接收，与此同时接收天线还接收到沿岩层表层传播的直达波，反射波和直达波同时被接收机记录或在终端被显示出来。雷达波的双程走时由反射脉冲相对于发射脉冲的延时而确定。雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录。波形的正负峰分别以黑色和白色表示，或以灰阶或彩色表示。这样，同相轴或等灰度、等色线，即可形象地表征出地下反射界面。反射脉冲波形的明显程度，是对探地雷达图像进行地质解释的重要依据。它决定于发射脉冲波的能量、波在地质界面上的反射特性以及波在地下介质中传播时的衰减情况。反射特性决定于物性界面的波阻抗差异，以反射系数描述。
2.检测原理及天线频率的选择
2.1探地雷达检测的基本原理
探地雷达是依据高频电磁波传播原理进行工作的，根据电磁波传播理论，电磁波在穿过层状介质时，遇到上下不同介质层，电磁波产生折射与反射，由接收天线接收介质反射的回波信息，经计算机对接收的信号及信息进行分析处理（电磁波的反射特性仅与介质的介电常数有关）。探地雷达发射的电磁波在地层中传播的过程中，遇到该反射界面就会产生反射波，从而探地雷达根据不同的反射波的振幅、相位及频率特征进行对比，确定路面的结构层厚度及路基病害，公路路基、路面、隧道衬砌的层状结构特点，以及各层不同材料的电磁特性适合于探地雷达的检测，探地雷达不仅可以在公路运营期中检查出多种病害，如路面沉陷、脱空、桥头搭板损坏、路基损坏等，而且还可以在建设时期检测出施工质量，如路面施工中路基、路面厚度，隧道衬砌质量等。此外，对于钢筋混凝土结构物中的钢筋，由于探地雷达在接收钢筋反射的信息时，形成明显的反射与绕射，通过计算机对这些特征的分析，从而确定钢筋在施工中的数量与钢筋的尺寸是否符合设计标准。
2.2天线频率的选择
通常情况下，简易路面厚度为10～20 cm、高等级公路路面厚度为20～30 cm、机场跑道面层厚度为40cm。在检测中需根据检测目标界面的埋深，选择合理的天线中心频率，方可取得最佳效果。天线中心频率的选择要兼顾目标深度、目标最小尺寸以及天线尺寸是否符合场地需要。在满足分辨率且场地条件许可的情况下，应尽量选择中心频率低的天线。
3.影响探地雷达测厚精确度的几个主要参量
探地雷达能否用来检测厚度，精确度能否达到规定的要求，一直是人们关心的问题。因对电磁波理论的掌握以及计算机技术的成熟，使得应用探地雷达检测路面厚度的精确度完全可以满足规定的要求。作为探地雷达，应正确的操作，合理的使用，综合的分析，以减少误差，达到规定要求的精确度。应用探地雷达进行检测时，首先要调整好波形，选择适当的时间窗口、步长(测点距)等，以获取最佳信息。有了全部信息，要从中提取出路面的真实厚度值，必须确定以下几个主要参量，能否正确地确定这些参量，会直接影响探测厚度的精确性。
3.1确定底界面的回波
由于目前还不能从原始波形中直接精确区分路面与路基界面的反射回波，因此，如何提取界面回波信号是解决问题的核心。鉴于大部分和主要的干擾波都是相对固定的，因此可以用相关分析的方法来抑制干扰波或杂波。利用一个不含界面反射信号的回波信号与含有界面反射信号的回波信号进行相关分析，就可以得到一个比较准确的底界面回波信号，从而确定底界面回波时间。在实际操作时，就是将路面结构中的最厚点作为参考点。参考点的选择，最简单的方法是从探测图像上寻找，可以多找几个点进行对比，直至底界面回波信号显示清晰满意为止。参考点也可以通过探测的波形分析来确定；或选用已有钻探的最大厚度的探测点作为参考点。
3.2确定地面零点
有了底界面的回波时间，还必须正确判定地表面的位置，才能确定电磁波在面层中的实际传播时间。地面零点判断不正确，就会直接影响厚度值的读数。因此，在探测前，可以先把一块金属板放在收发天线下面，这时显示屏上得到的是一个很强的全反射波形；拿掉金属板，显示屏上出现雷达波对路面的反射波形；这两种波经过相关对比分析，很容易确定地面水平零线反射波的位置。
3.3标定路面的介电常数
设定合适的路面介电常数是保证路面厚度值探测精度的关键参数，由于介质的介电常数受很多因素的影响，如路面材料、结构变化、施工工艺，密实程度、含水量等，各探测点的介电常数会出现差别。为了保证检测结果的有效性和可信度，必须进行标定通常采用的是钻孔取样。取样点的选择可以在探测图像中寻找比较均匀、有代表性的地段以及面层最厚和最薄的特殊点，这样，可以从多方面进行标验，选择出最合适的介电常数值。这种方法，厚度检测的效果良好，探测精度误差可控制在±5％ 以内。如果在某一路段检测的结果很好，而在另一路段出现数据不准时，有可能是路面结构、配料等发生了变化，这就需要调整介电常数的数值。
4.探地雷达在公路工程中的应用
路用探地雷达具有无损、快速、连续、高精度、高分辨率、实时成像探测等特点，它在精确检测路面层厚度的基础上，可以成功地探测公路结构层病害，有利于公路的维护与保养，为交通部门提供了一种高效先进的无损检测手段。路用探地雷达以其独特的优越性，己经渗透到公路施工及后期检测养护的全过程中，在公路建设前期可利用探地雷达对地质基础进行勘查探测，确定地质结构，划分不良地质体；在施工过程中，利用探地雷达可以全面准确地检测出路面结构层厚度，从而保证施工质量；在公路运营阶段，运用GPR进行公路日常检测，及时发现各种隐患，对于指导公路养护维修，延长公路使用寿命具有重要意义。
探地雷达在公路工程中的应用最初是作为测量路面层厚的工具而出现的，随着探地雷达应用技术的发展成熟，GPR在公路质量控制及病害检测方面都取得了一定成效。雷达波的穿透深度主要取决于地下介质的电性和波的频率。导电率越高，穿透深度越小，频率越高，反之亦然。对于公路检测而言，水泥混凝土面层的导电率高于沥青混凝土面层的导电率，因此相同频率的雷达波在沥青混凝土面层中的穿透能力大于在水泥混凝土面层中的穿透能力。在实际检测工作中，探测沥青混凝土面层应使用频率大于1200MHz的天线，而对于水泥混凝土面层2500MHz天线一般难以穿透，只能使用900～1000MHz的天线；探测基层可使用频率为800～1000MHz的天线，探测路基可使用频率为300～900MHz的天线。
为减少检测误差，应尽可能多做对比、分析，排除异常，以取得最佳效果，共同提高我国的公路检测技术和工作水平。
【参考文献】
［１］李大心.探地雷达方法与应用[M]．北京：地质出版社，1994．
［２］王国群．探地雷达技术在公路工程检测中的应用[M]．江苏交通工程，1996(4)．
［３］王永，谭春，曾来．地质雷达方法在城市地下建(构)筑物权属调查中的应用[J]．上海地质，2004(4)：45-47．
作者：李庆