案例分享｜三维探地雷达应用于交通部公路试验场沥青路面裂缝病害检测

2023-02-16 11:06:08, 黎风清广州欧美大地仪器科技有限公司

｜长按二维码，关注欧美大地｜

项目概况

试验目的：采用美国3D-Radar公司三维探地雷达开展沥青路面裂缝病害路面下部结构探测研究。

试验地点：交通部公路试验场。

试验设备：交通部公路所3D雷达，主机：GeoScope IV，天线阵：VX1821 即1.8米长，21对天线通道，天线通道间距为7.5cm，空气耦合式天线，拖车安装。

测试路段

本次试验路段长为26米左右，做了两条数据采集路段，东侧路段（远离库房一侧）在7-18米处有明显裂缝，其中纵向7-12米段有一块5 X 0.8 平方米区域明显下陷。西侧路段（靠近库房一侧）表面上看没有破损。

基于含水区雷达反射强烈的原理，试验时，采用人工洒水，使得水渗入路面，并在路面明显没有积水时采集数据。

雷达数据采集设置

频率设置：50 MHz - 3050 MHz，步进频率为20 MHz；驻留时间（每个频率发射时间）为7.008微秒；纵向采样间距约为2cm；

两次采集设置如下图：

数据分析与数据解释

采用3D-Radar公司数据分析软件3dr-Examiner V2.80进行数据分析。

东段数据

不同通道纵断面比较：在纵向7-13米段，从第3至第14通道的纵断面图典型如图2.其余通道典型纵断面图如图1. 由此可见，第3至第14通道，按通道之间横向间距为7.5cm计算，异常区横向距离为0.825米。此与路面可视下沉区域吻合。

由于未取芯标定介质的介电常数，以下按介电常数取5做估算。测试断面显示该路段沥青层厚为5cm左右，水稳层距离路面为30cm左右。

图3纵断面图显示：7-18米段反射较为强烈，7-13米段更甚。此与裂缝充满水相关。

图4至图9为不同深度的水平视图。反映含水区域随深度变化，大致可认为在含水区深度基本达到水稳层，并且13-18米段，含水区更深一些。

图1. 第1通道纵断面

图2. 第8通道纵断面

图3. 纵断面图

图4. 6 cm 深度水平切片图

图5. 11.2 cm 深度水平切片图

图6. 25.0 cm 深度水平切片图

图7. 28.3 cm 深度水平切片图

图8. 30.1 cm 深度水平切片图

图9. 38.1 cm 深度水平切片图

西段数据

西段数据各通道基本一致，纵断面图如图10。

数据分析估算沥青层厚约为5cm，同东侧路段，但水稳层距离路表为35cm左右，较东段深。

图10至图16为不同深度的水平视图。与东段数据相比，西段水平视图显示介质较为均匀，没有明显的高含水区。

图10. 纵断面图

图11. 6 cm 深度水平切片图

图12. 11.1 cm 深度水平切片图

图13. 25.6 cm 深度水平切片图

图14. 28.2 cm 深度水平切片图

图15. 32.5 cm 深度水平切片图

图16. 41 cm 深度水平切片图

结论

通过东，西路段雷达数据图比较，可以看出有裂缝，下沉区波形图是不一样的。介质含水后，雷达探测效果会有明显提高。尝试雨后数据采集，开展3D-Radar三维雷达在路面裂缝病害探测研究，不失为一种好方法。

GeoScope三维探地雷达介绍

GeoScope三维探地雷达系统是美国3D-Radar公司推出的是一套功能强大、灵活性高的地下无损检测工具，使用三维探地雷达采集公路、机场跑道、市政道路结构内部的信息，提前发现脱空、含水、大面积裂缝等病害并进行预防性养护正逐渐成为建设数字型智慧城市的重要组成部分。美国3D Radar正作为这一领域的全球领军者引领着行业的发展。

三维雷达系统GeoScopeTM使用了数字步进频率技术，可针对各种不同的应用，采用不同的频率范围，通过采集软件参数设置来控制整个频谱，优化探测深度和雷达系统分辨率之间的关系，从而获得最佳的探测目标图像质量；同时GeoScope使用了电子扫描天线阵技术，能够进行快速和精确的三维勘查，实现了真正的三维探测；GeoScope采集软件可以实时显示三维图像，是目前市场上唯一实现现场三维成像的探地雷达系统。