探地雷达在道路工程检测的应用之电子技术论文

所属栏目:电子技术论文 发布日期:2012-04-16 16:30 热度:

  摘要:本文电子应用论文首先介绍了无损检测技术发展现状及常用的无损检测技术超声波、激光、图象、频谱分析等技术,重点结合探地雷达的应用,对出现的路基路面病害提出相应的预防性养护方案及措施。
  关键词:无损检测;道路;应用
  一、无损检测技术发展现状
  无损检测技术主要应用于施工质量检测与控制,通过采用先进、高效的检测评价技术,能够及时发现工程质量隐患,有效地防止路面出现各种早期破坏。在道路建成后的养护管理阶段,随着使用时间的增加,相应地,在不同时期恢复路面使用性能所需要的费用也明显不同,这就给养护决策提出了最佳修复方案或养路资金优化分配问题。当前公路路面检测的总体趋势是由人工检测向自动化检测技术发展,由破损类检测向无损检测技术发展,由低速度、低精度向高速度、高精度发展。常用的无损检测技术主要有以下几种:
  1、超声波检测技术
  超声波是一种频率高于人耳能听到的频率的声波,它在传输过程中服从于波的传输规律。超声波路面检测技术主要是通过发射超声波到材料介质,接收反射波的相关参数。进而判断结构内部破损情况的一种新型无损检测方法。在介质中不同位置设置传感器,测量超声波在一定距离内传播的时间,利用速度、时间与位移的关系计算波速,利用速度与介质相关参数的关系可以测定材料的有关参数如弹性模量、抗压强度、抗折强度等,还可用来检测材料或结构内部的缺陷。
  2、激光检测技术
  激光检测技术是近几十年来发展起来的新型无损检测技术,它之所以能得到广泛应用,主要是由于激光具有高亮度和分辨率,好的方向性、相干性、衍射性等特点,激光技术在路面检测中的应用主要利用激光的上述的特性。在路基和路面检测中,激光主要应用于距离测定、纹理深度测定、弯沉测定、车辙深度及平整度测定几个主要方面。
  3、图象技术
  图象技术包括红外成像技术和激光全息图像技术。前者主要是利用不同材料介质导热性能不同的原理,利用高精度的热敏传感器可以检测结构物内部的热传导规律和温度场分布状况,将检测得到的数据图象化,从而将结构内部状况呈现出来。
  4、频谱分析技术
  频谱分析检测技术的基本原理是分析在不同介质中传播表面波的频率特性。在路面结构表面用一力锤施加瞬时的垂直冲击,就可以产生一组以振源为中心的具有各种频率成分并沿地表一定深度向四周传播的瑞雷面波,通过调整力锤重量或不同的锤头可以获得含有各种频率成分的瑞雷面波信号,在不同位置设置传感器可以检测到波传播的频率,借助于频域的互谱分析和相干分析技术,可以达到测试不同深度分层介质力学参数的目的。
  二、探地雷达技术
  探地雷达测试技术是一种非破坏性的测试技术。它具有抗干扰能力强、工作条件宽松、工作方法快速简捷、较高的探测精度和分辨率等优点,探地雷达是用高频电磁波(500兆赫)以宽频短脉冲形式,由路面通过天线中的发射装置(T)送入地下土层。遇到不同界面时,部分电磁波发生反射现象返回,为天线中的另一接受装置(R)所接收,数据采集系统记录返回时间和路面结构中的不连续电介质常数的突变情况。路面各结构层材料的电介质常数明显不同,因此,电介质常数突变处,也就足两结构层的界面。根据测知的各种路面材料的电介质常数及波速,则可计算路面各结构层的厚度或给出含水量、损坏位置等资料。探地雷达检测沥青路面厚度,路面脱空、裂缝、陷落、空涧等病害。根据天线发射频率的不同,其探测深度可以从十几公分到十几米。可以说,路面雷达为路面厚度测试、相对高含水区域检测、结构层完整性判定等提供了难以替代的手段。目前的路面雷达在沥青砼面层厚度检测上的精度约为3%,在水泥砼面层厚度检测上的精度约为5%。路面雷达的应用,除了雷达天线本身的精度外,后处理软件也非常关键,可以说,设备提供了检测的手段,而软件决定了应用的广度和深度,应当引起国内用户足够的重视。另外,根据雷达测试数据分析路面结构的压实度和含水量也是一个研究方向,数据分析与评价目前我国的公路科研和管理部门在综合各项检测指标,分析路面病害原因,评价其使用性能,并提出相应的养护措施方面已经建立了自己的体系。但近年来早期建设的道路开始进入了大中修或改建的高峰期,新建高速公路的一些路段也出现了早期损坏;与此同时,新型检测设备不断涌现,提供了更丰富、更精确的信息。因此,如何更好地利用自动化的无损检测技术和分析方法,评价路面使用性能,深入分析病害产生的原因,以提出经济上优化、技术上合理可行的维修方案,对于创造更好的社会效益和经济效益是至关重要的。因此,雷达方法以其特有的高分辨率,在工程地质勘察,灾害地质调查,公路工程质量的无损检测,考古调查以及工程施工质量监测等浅层与超浅层地质调查中得到越来越广泛的应用。
  三、探地雷达在道路工程中的应用
  探底雷达具有无损、快速、连续、高精度、高分辨、实时成像探测等特点、为道路交通部门提供,一种高效先进的无损检测手段,主要解决以下问题:①设计前:设计资料的勘察收集。②施工前:勘察岩土状况、确定地下管道、电缆等物体的位置和深度。③施工期:检测沥青或水泥混凝土路面面层的厚度和密度,及时监控质量,避免钻芯取样对路面造成的破坏及用于工程质量事故原因的监察与仲裁。④使用期:定期普测进行路面与路基缺陷的调查、路面与路基裂缝的调查方便管理部门及时掌握道路变化情况,实施补救措
  施,并进行道路状况动态管理。⑤养护期:检测面板层间拖空、孔隙和破碎区域的范围,为灌浆提供可靠依据。
  四、探地雷达在道路工程中的具体应用
  1、对路面质量进行控制
  探地雷达可以快速、无损地对沥青面层、基层及路基的压实质量及含水量进行检测、另外,通过大量的基层(土基)介电常数的统计分析,找出具常规值,当测得现场的介电常数不合理,而所得含水量有接近最佳时,认为此时压实度不够。
  2、对路面厚度及路面结构缺陷进行检测
  传统检测路面厚度及路面结构缺陷的方法、通常是采用钻孔取样检测,这种方法操作不便、工作量大,且对路面造成破坏。而采用探底雷达对公路路面进行质量检测,书店快,对路面无任何损伤,可以检测出路面的孔洞和脱空,识别出沥青剥落层和裂缝的扩展。
  3、对路基下采空区、高含水区及地下管道进行检测
  利用雷达无需开挖即可对地下管道进行检测,它可以确定路基下采空区和高含水区的空间分布范围,采空区和高含水区的平面坐标、深度与大致宽度可以通过雷达图像处理软件获得,根据雷达图像资料的解释可对采空区和高含水区作相应的处理。
  五、实例
  杭州某大道铁路下穿立交公路,由于长年重载车这量运输使铁路立交箱涵周边路面常年有地下水溢出现象,同时该段排水系统泥沙流量也较大。对下穿铁路立交箱涵两侧各约20m范围的路面路基层进行探地雷达探测,探测该路面路基层的密实度情况,为后期改造整治提供科学依据。
  此次探测深度范围3m左右,采用500MHZ收发同置天线配合LTD-2000型探地雷达仪器进行检测,选取采样长度为50ns,采样率512,扫描率64次/秒。天线沿测线紧贴路面以连续扫描方式进行野外实测。
  从图中可见。Ko+70至ko
  图1路面地质雷达探测映像图
  +75.ko+87至ko+90和ko+10至k+105三地段路基60cm下存在着地基垅动和松动,同时也发现在ko+90至ko+105这段在过去的混凝土路面施工中缺少钢筋。
  六、应用中存在的问题
  探地雷达的工作原理相似于探空雷达,但是与探空雷达不同的是,由于地下介质分布比较复杂,且介质对电磁波具有较强的衰减作用,所以探地雷达在地下结构的传播模型和回波模拟也比较复杂。近几年来,路用探地雷达技术虽然得到很大发展,但是在应用过程中还有很多方面需进一步研究。路用探地雷达在探测过程中,杂波主要从以下几个方面产生:①由于地下介质不均匀和地表不平整使天线晃动而产生的杂波。②由于取样接收系统的时基不稳定而产生抖动。③地层间或目标的多次反射。这些杂波中有的是固定的,可以才有相减技术消除,在数据采样的过程中,也可以利用采样实时平均抑制于干扰。
  七、论文总结
  总之,路面检测与评价技术在检测和控制施工质量、提高公路养护管理科学化水平及改进路面设计等方面都具有十分重要的地位和作用,路面检测评价技术水平的不断提高,对病害进行针对性、预防性养护,防止病害的快速发展,甚至根治这些病害,对于延长道路使用寿命,降低运营成本有着积极的意义。
  参考文献
  1杨晓丰,李云峰;路基路面检测技术[M]北京:人民交通出版社,2007.02
  2包正荣.沥青路面弯沉值的变化及测试[J].交通科技.2007,(l)
  

文章标题:探地雷达在道路工程检测的应用之电子技术论文

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