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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機(jī)構(gòu)獲取道路材料特性的成本、提高檢測效率，更能讓檢測機(jī)構(gòu)對(duì)檢測目標(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)檢測結(jié)果的干擾。

1.  系統(tǒng)簡介

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

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實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：同一條道路不同檢測路段間由于地質(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

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)

各類實(shí)驗(yàn)檢測分析結(jié)果如圖3.1- 3.4。

圖3.1 工業(yè)區(qū)道路測線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