天津市市政工程设计研究院天津300051
摘要：地质雷达方法是利用高频电磁波以宽带短脉冲形式由地面通过发射天线送入介质内部，经目标体的反射后回到表面，接收天线接收回波信号。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度及波形随所通过介质的电性性质及物性体界面几何形态而变化，根据接收的反射回波的双程走时、幅度、相位等信息，对介质的内部结构进行判断、解释。本文通过介绍了地址雷达的组成与工作原理，对雷达进行沥青路面厚度检测时的误差进行了分析，给出了一种减少误差的校核方法，本文的研究为地质探测在道路工程中的应用提供技术参考。
关键词：地质雷达；道路路面；工作原理；误差分析
1前言
自八十年代末以来，西方发达国家纷纷将地质雷达技术应用于公路质量检测，取得了明显进步。南京振隆科技实业公司在国内率先引进了一套公路专用地质雷达检测设备，并自行开发专用软件，形成了一套完整的公路面层厚度检测技术。本文将在简单介绍该项技术基本原理的基础上，着重从理论、模拟及实践等多方面讨论该技术的精度、可靠性和必要性。
2基本原理和方法
地质雷达检测公路面层厚度属于反射波探测法，其基本原理与大家所熟悉的探空雷达相似，即向地下发射一定强度的高频电磁脉冲波，电磁波在地下传播的过程中遇到不同电性物质分界面时，就会产生反射波，地质雷达接收并记录这些反射信息。电磁波在特定介质中的传播速度是不变的，因此根据地质雷达记录上的地面反射波与地下反射波的时间差ΔT，即可据下式算出该界面的埋藏深度H：
该式说明，地质雷达检测公路面层厚度的误差由速度误差和时间误差两部分组成。
时间误差由仪器采样及波至拾取引起。采样误差不大于一个采样间隔。由于实际工作中每道(4~6ns)采样点数高达512~1024个，所以该项因素引起的误差相当小。波至时间拾取误差则与资料信噪比及拾取方法有关，对高噪比的资料采用计算机自动拾取波至的误差几乎为零，而用手工拾取的误差则较大。
目前我们普遍采用高采样率采集方式及计算机自动拾取波至时间，因此式中时间引起的误差基本可以不予考虑。
速度的误差与获取速度的方式有关。目前获取速度的方法主要有两种，一是钻孔标定法，另一种是反射系数递推法。从理论上后者可以给出每一测量点自身的速度，但因实际工作中不可避免而又不可预测的表面散射、界面起伏等因素，该方法所得到的速度误差较大。因此实际工作中，我们将这两种方法结起来进行速度标定。由于公路面层施工中对材料及施工工艺有着严格的要求，从宏观(标段级)及中观(几十米~几百米)角度来看，可以认为介质是均匀的，其传播速度是相对不变的，也就是说从个别钻孔点标定出的速度可以代表全段的速度；当然，从微观角度(几十厘米~几米段)而言，介质所处的具体环境是不完全相同的（如搅拌不均匀、分撒不均、压实不均等），其电性也会有轻微的不同。大量实测表明，在同一标段内钻孔标定法的速度误差通常为2%左右。
从以上分析可知，只要方法得当、手段完备、资料信噪比高，地质雷达测量面层厚度的误差通常为2%左右。需要特别指出的是，这里所讨论的误差是指各测点的随机误差，相对于某一路段而言，由于采样点相当多（一般每公里2000~5000个样点），只要速度是由多个钻孔标定的，其平均值几乎不存在系统误差。可以这样认为，地质雷达对于每一点的厚度测量是足够精确的，而对于某一段的厚度测量则是非常精确的。
4结论
地质雷达检测公路面层厚度是一种无损连续检测手段。其对具体点位的检测误差主要取决于换算速度。对于高等级公路而言，由于施工材料及工艺要求很严，其面层雷达波速度变化极小，大量试验及实际资料表明，检测误差一般都小于3%。地质雷达检测结果与取芯结果相当一致，检测结果不仅在具体点位上相当精确，而且其对指定区段的总评也非常可靠。不仅对同一路径做多次检测所得结果完全一致，而且对同一路段不同路径做多次检测所得结果也相当一致。因此，地质雷达完全具备替代现行钻孔取芯的条件。
传统的钻孔取芯法对面层具有一定的破坏性，因而其检查频度受到严格限制。为了客观评价面层厚度，必须引入一种可靠的、能够密集采样的无损检测手段。地质雷达恰恰属于这种先进的新技术。此外，地质雷达在面层厚度微观评价以及施工管理中的特殊作用，是常规钻孔取芯法根本无法提供的。因此，有必要在公路质量检测领域大力推广地质雷达检测技术，并适时修改现行规范，以促使我国公路建设质量更上一层楼。
参考文献:
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