3DR探地雷達(dá)道路結(jié)構(gòu)質(zhì)量分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)是一款能大面積快速獲取道路結(jié)構(gòu)屬性、分析介電參數(shù)的自動(dòng)化分析系統(tǒng)。它不僅能有效降低檢測(cè)機(jī)構(gòu)獲取道路材料特性的成本、提高檢測(cè)效率，更能讓檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)檢測(cè)目標(biāo)地下信息形成一個(gè)完整的體系，大幅度降低人為經(jīng)驗(yàn)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的干擾。

1. 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

道路結(jié)構(gòu)質(zhì)量分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)基于挪威3D-Radar GeoScope^TM 探地雷達(dá)系統(tǒng)和車載陣列式天線設(shè)計(jì)開發(fā)。與常見的剖面式掃描不同，該系統(tǒng)基于CMP（共中點(diǎn)）掃描。它通過設(shè)置在陣列中心兩側(cè)成對(duì)天線收發(fā)電磁波的方式和自主研發(fā)的算法模型，得到道路面層與基層的反射面的介電屬性、層面的準(zhǔn)確厚度、層密實(shí)度（空隙率）信息。

圖 1.1 剖面掃描和CMP掃描

基于常年道路觀測(cè)的數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)還可進(jìn)一步對(duì)道路結(jié)構(gòu)總體質(zhì)量以及分布情況做出判斷，并自動(dòng)生成相關(guān)報(bào)表。

圖1. 2 分析軟件結(jié)果和報(bào)表

2. 介電常數(shù)與道路結(jié)構(gòu)質(zhì)量的關(guān)系

道路結(jié)構(gòu)的介電常數(shù)分布情況與道路結(jié)構(gòu)質(zhì)量存在密不可分的關(guān)系。作為一種發(fā)射電磁波并記錄往返時(shí)間的較高精度設(shè)備，探地雷達(dá)電磁波往返時(shí)間的長短不僅受到結(jié)構(gòu)層本身厚度的影響，還受到材料介電常數(shù)的影響。

表2.1 常見道路結(jié)構(gòu)物質(zhì)參數(shù)列表

介質(zhì)	相對(duì)介質(zhì)常數(shù)	電導(dǎo)率（ms/m）	傳輸速度（m/ns）	衰減系數(shù)（dB/m）
空氣	1	0	0.3	0
水	80	0.5	0.033	0.1
砂巖	6	0.04	/	/
灰?guī)r	4-8	0.5-2	0.12	0.4-1
花崗巖	4-6	0.01-1	0.13	0.01-1
混凝土	4-20	1-100	0.11-0.12	/
粘土	5-40	2-1000	0.06	1-300

當(dāng)?shù)缆方Y(jié)構(gòu)完好的時(shí)候，面層和基層的相對(duì)介電常數(shù)基本維持在4-20之間，電磁波在道路結(jié)構(gòu)內(nèi)部的傳播速度只有在空氣中傳播的一半甚至四分之一。

圖2.1 帶病害結(jié)構(gòu)層的電磁波傳播路徑

當(dāng)結(jié)構(gòu)層出現(xiàn)疏松、空隙、空洞等病害時(shí)，如果其內(nèi)部填充的是空氣，會(huì)使電磁波波速在病害區(qū)域受到的介質(zhì)影響要小于沒有病害結(jié)構(gòu)層的介質(zhì)影響，最終病害結(jié)構(gòu)層的相對(duì)介電常數(shù)低于周圍介質(zhì)，電磁波傳播速度高于周邊正常結(jié)構(gòu)。

而當(dāng)病害內(nèi)部填充水，或者介質(zhì)層含水率較高時(shí)，電磁波波速受到的影響要大于沒有水的結(jié)構(gòu)層影響，從而病害結(jié)構(gòu)層相對(duì)介電常數(shù)高于周邊介質(zhì)，電磁波傳播速度小于周邊正常結(jié)構(gòu)。

圖2.2 常見道路基層介電常數(shù)與質(zhì)量判別

總之，當(dāng)結(jié)構(gòu)層內(nèi)疏松、含空氣量較多時(shí)，結(jié)構(gòu)層介電常數(shù)向空氣屬性靠攏，使其介電常數(shù)降低；當(dāng)內(nèi)部含水率較高，結(jié)構(gòu)層介電常數(shù)向水方向靠攏，從而使介電常數(shù)升高。

3. CMP檢測(cè)法在多條道路的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

系統(tǒng)通過對(duì)工業(yè)園內(nèi)部道路、市政道路、高速公路等多類道路檢測(cè)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：同一條道路不同檢測(cè)路段間由于地質(zhì)條件和用料施工水平相近，往往表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)層厚度和物理屬性的相似性，但存在一定的波動(dòng)；不同道路間（包括同一道路的機(jī)動(dòng)車道和非機(jī)動(dòng)車道），由于地質(zhì)條件和用料施工水平等因素，其結(jié)構(gòu)層厚度和介電參數(shù)等物理屬性就會(huì)有較大差別。

表3.1 各道路結(jié)構(gòu)層分析結(jié)果匯總

測(cè)線	長度(m)	面層平均厚度(m)	基層平均厚度(m)	面層平均介電常數(shù)	基層平均介電常數(shù)
園區(qū)道路	102.0	0.09	0.29	4.53	5.55
市政道路1	132.0	0.08	0.24	4.62	4.95
市政道路2 機(jī)動(dòng)車道	58.0	0.23	0.46	5.22	5.91
市政道路2 非機(jī)動(dòng)車道	98.5	0.16	0.33	4.81	5.68
高速公路	58.6	0.22	0.79	5.1	5.74

結(jié)合各結(jié)構(gòu)層介電常數(shù)的數(shù)據(jù)，可以定義各結(jié)構(gòu)層相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

表3.2 結(jié)構(gòu)層介電常數(shù)判別標(biāo)準(zhǔn)

相對(duì)介電常數(shù)

4.5

6.5

面層（瀝青）

空隙率高

偏高

良好

含水率高

基層

松散（即出現(xiàn)空隙概率高）

偏松散

良好

含水率高

注：當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)基于現(xiàn)有理論與數(shù)據(jù)得出，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)還需使用者對(duì)檢測(cè)道路進(jìn)行適當(dāng)測(cè)量與評(píng)估

各類實(shí)驗(yàn)檢測(cè)分析結(jié)果如圖3.1- 3.4。

圖3.1 工業(yè)區(qū)道路測(cè)線1分析結(jié)果

圖3.2市政道路1分析結(jié)果

圖3.3市政道路2分析結(jié)果

圖3.4高速公路分析結(jié)果

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