摘 要： 隨國內經濟的飛速發展，國家基礎建設投資規模不斷增大，公路工程質量控制得到空前重視。基于探地雷達高精度、連續的無損檢測方式，其在公路面基層厚度和路面下存在缺陷檢測中的應用日益得到重視。本文首先對國產LTD探地雷達的基本原理給予簡單介紹，接著重點對其在公路建設前期的地質勘察、施工質量檢測和后期維護中的應用實例加以分析，最后就探地雷達技術在公路建設中的應用前景作一展望。 關鍵詞： 探地雷達 無損檢測 地質勘察 面基層厚度計算 缺陷探測 前景展望 引言 隨著經濟的飛速發展，各項基礎設施建設也呈現出良好的發展勢頭。交通作為國民經濟的命脈，其發展狀況直接影響國民經濟發展的速度，在整個交通運輸體系中，公路又是基礎中的基礎。近幾年來，國家每年投資成百上千億資金來修建公路，全國的高速公路迅猛發展，形勢十分喜人。但同時也產生了一些新的問題，如現有落后的公路檢測手段和高速發展的公路建設之間的矛盾，怎樣保證又快又好地檢測施工質量，如何提高公路養護管理的水平等，都是一些亟待解決和探討的問題。 1 常規檢測和維護方法的局限性 我們知道，在公路施工中，為確保工程質量，從夯實地基、碾壓每層路基，到灌注水泥砼層路面或瀝青路面，每道工序都需要嚴格檢測。傳統的方法是根據規程隨機選點，鉆孔取樣、進行室內分析處理，從中獲取厚度、深度、壓實度和強度等工程參數。然而，這種常規方法存在一定的局限性：首先被測點是隨機選擇的，因而檢測結果往往缺乏代表性。同時，由于檢測點的密度稀，有些局部壓實度達不到標準、厚度偏小、水泥混凝土或瀝青內部存在的缺陷等不良區段極易漏檢，給后續工程工作留下隱患。另外，在道路投入使用后的日常維護管理中，通常對路表面出現的破損、凹陷、裂縫、平整等問題可以及時發現，但對道路內部存在的隱性災害，如路面下的空洞、積水、脫空、基礎疏松等卻無有效的檢測手段，難以做到防患于未然，隨著冬冰夏融，熱脹冷縮以及日積月累的沖壓，往往容易導致重大交通事故的發生，使人民生命財產造成巨大的損失。因此，如果能夠研究開發出一種無損、快速、直觀、能顯示道路內部狀態的檢測設備和技術手段，必將使道路建設質量和養護管理提高到前所未有的水平。 2 LTD-2000車載公路檢測儀簡介 LTD-2000車載公路檢測儀是中國電波傳播研究所針對當前國內道路建設中質量檢測和養護管理的現狀，應用先進的沖擊雷達技術,歷經十余年，先后投資上千萬元研制生產出的一種道路專用探地雷達。利用這種探測設備可以象現代化醫院中用的“B超”、“CT”一樣，給公路做一次透視診斷，方便地檢測公路的綜合質量狀況（包括施工質量、使用受損和自然變遷等情況），及時發現病灶，確保公路的建設質量，提高公路的建設和養護水平。 2.1 技術來源 眾所周知，采用雷達對空間目標的探測已發展成為一項成熟的技術，并被廣泛應用在各種軍事及民用領域中。然而隨著人類對自然界認識的逐步深化，人們對地下世界的探知要求變得越來越迫切與深入。早在1904年德國人就采用了電磁波探測地下的金屬物體，到1956年，J.c.Cook 又提出了應用無載頻脈沖雷達探測地下目標。隨著科學技術理論與應用實踐，瞬態無載頻脈沖雷達技術得到了較快的發展，并在70年代中進入了實際應用階段。 我國從80年代中期開始進行探地雷達技術的研究和試驗，最初用于軍事地雷的探測。中國電波傳播研究所經過十幾年的研制攻關，在雷達硬件設備、信號處理、目標成像等方面取得重大進展和突破，特別是成功地實現了對地下目標的三維層析成像，大大提高了分辨率和清晰度，使探地雷達在信號處理和成像技術方面進入了世界領先行列（見圖1）。 多年來，我所擁有的探地雷達技術基本上與國際先進水平保持同步發展，先后取得了與國外同類技術基本相當的研究成果。分別獲得電子部科技進步三等獎，省科技進步一等獎，省優秀新產品一等獎等獎勵，并獲國防專利一項。另外，我所在超寬帶理論分析和建模方面也取得了豐富的研究成果，在國內外學術刊物上已發表研究論文四十余篇。目前已經研制成功LT-1、LT-2、LTD-3、LTD-3R 、LTD-10和LTD-2000等多種型號的探地雷達產品,新研制成功的全數字化產品LTD-2000小型化探地雷達既可以用于對公路等淺層道面厚度進行探測，又可以用于地下較深層目標的探測，已廣泛應用于軍事和民用領域。 2.2 基本原理 探地雷達工作時，在雷達主機控制下，脈沖源產生周期性的毫微秒信號，并直接饋給發射天線，經由發射天線耦合到地下的信號在傳播路徑上遇到介質的非均勻體（面）時，產生反射信號。位于地面上的接收天線在接收到地下回波后，直接傳輸到接收機，信號在接收機經過整形和放大等處理后，經電纜傳輸到雷達主機，經處理后，傳輸到微機。在微機中對信號依照幅度大小進行編碼，并以偽彩色電平圖/灰色電平圖或波形堆積圖的方式顯示出來，經事后處理，可用來判斷地下目標的深度、大小和方位等特性參數（圖2和圖3）。 2.3 系統組成 LTD-2000車載公路檢測儀主要由LTD-2000雷達主機、900M屏蔽天線（用于面基層厚度檢測）、500M屏蔽天線（用于基層下缺陷檢測）、天線小車、測距器、鋰電池及其它配件組成（如圖4）。 2.4 LTD探地雷達檢測法的特點 2.4.1 可實現無損和連續檢測，經濟、高效。 2.4.2 操作簡便，探測結果顯示直觀 使用者經過2～3天培訓就能掌握，探測時，主機顯示器實時成像，操作人員可直接從屏幕上判讀探測結果，現場也可打印成圖； 2.4.3測量精度高，測試速度快 無載波電磁脈沖技術與高頻聚能天線的組合使檢測工作完全避開了人為因素，它能有效地探測出道路的分層結構和內部變化，在車載工作方式下，測試速度大大提高； 2.4.4提供的天線小車上安裝了測距裝置，并可通過放置不同天線，完成不同的探測任務，如900M高頻天線可用于公路面基層厚度檢測，500M天線可用于基層下存在缺陷的探測檢測，方便靈活。 2.4.5 測點密度不受限制，便于點測和普查 工作方式的靈活使得用戶可以連續普查某一段路面的質量,也可隨時對道路的異常區域進行重點探測和分析。 3 探地雷達在道路建設與管理中的應用 在公路質量檢測與養護管理中，雷達探測技術對于公路施工質量檢測的科學化，路況普查和公路養護的制度化都有重要作用。LTD型探地雷達以全中文菜單、便利的操作方式、清晰直觀的圖象顯示和探測精度高等特點引起眾多領域專家的濃厚興趣，在軍用和民用領域都顯示出廣闊的應用前景。車載式道路專用探地雷達，尤其適用于機場和公路這類淺層高分辨率探測領域。 3.1 公路建設前期的應用 公路興建前，探地雷達可用于對預定建設路段的地質基礎進行勘察，確定地質結構，劃分不良地質體（流砂體、暗河、暗塘、墓穴等），路基下是否埋設了電纜和管線等，為道路設計提供地質基礎的依據。 3.2 公路建設過程中和竣工驗收時的應用 目前，探地雷達技術已經可以精確測量路面面層厚度，效果良好。多次工程探測結果表明，其平均誤差可以達到≤±5mm；還可成像顯示各層結構的均勻性，圈定質量不合格地段的范圍，因此，使用道路探測雷達可以實時監控路面的施工質量，在施工各個階段中，分階段跟蹤進行質量檢測，從打地基到鋪面層，鋪一層快速檢測一層，并將實時檢測結果打印，現場分析，有問題及時發現和糾正；這樣不但能保證施工質量，還大大節約了一旦返工所造成的費用損失。 利用LTD探地雷達可記錄到如圖6的雷達圖像，計算公路面層厚度時，首先利用計算機自動追蹤地面和瀝青面層底界對應位置，確定電磁波在瀝青層中的旅行時間，然后由經驗或鉆芯（施工工藝和材料相同的路段，取一個芯即可）獲得電磁波傳播速度，就可以利用公式 計算面層厚度（式中X 代表厚度，單位是cm；V代表電磁波傳播速度，單位是cm/ns； 3.3 道路使用維護期的應用 道路投入使用后，應用道路探測雷達可進行道路狀態的日常維護監察、階段性路基質量普查、路基內隱性災害或病害（如裂縫、下陷、脫空、變形）的探測，及時發現路面下的問題，防患于未然。 圖7是對運行中的海口市內丘海大道檢測得到的一幅雷達剖面。當時，丘海大道有一段約2.7公里的路面損壞比較嚴重，為查明路面下所有脫空或空洞的位置，與路面已經出現塌陷的路段一起整治，海口市公路局委托海口奎克應用地球物理有限公司利用LTD探地雷達對重點地段進行了無損檢測，經分析處理，圈定地下淺層脫空和深層空洞近20處，為全面整治提供了第一手資料，避免了公路反復養護帶來的人力物力的浪費和對正常交通帶來的不利影響 4 結論及應用前景展望 傳統的地下目標探測（包括工程質量檢測、地下隱患探測、確定目標查找等）方法，比如鉆芯法、錐探法等，不僅具有破壞性，而且效率低、準確性差，市場的要求和相關技術的不斷發展，使得眾多無損探測方法得到快速發展，并逐漸成為行業檢測規范的主角。 探地雷達從20世紀初，隨電子技術和數據處理技術的發展，其體積越來越小，從起初的肩扛手抬，到現在一個人就可以輕便的操作和檢測（如LTD-2000和SIR2000一體化雷達等）；其功能從探測冰層厚度（當時的工作信號頻率較低）到現在的“全面開花”，如在軍事和眾多民用部門都可見到它的影子；其技術指標也得到極大的提高，如利用高頻天線進行公路面層厚度檢測時，垂向分辨率可達到毫米級，利用低頻天線探側深層目標時，探測深度可達到幾十米。 隨著道路探測雷達在公路路面上的廣泛使用，使得人們對雷達系統會提出更高的要求。應用無載波脈沖雷達原理發展起來的道路探測雷達，實質上是對瞬態電磁場技術的工程應用，它涉及到天線設計，數據信號處理等多項高新技術，特別是對于雷達在實際工程中的應用，我們還需要利用本技術的特點，結合各應用部門自身的實際應用經驗，加速應用研究。為了促進和發展無損探測技術在公路中的應用，提高檢測質量，加快公路建設步伐，必須與有關部門共同合作對公路路面的主要問題進行大量的反演研究，并建立標準公路模型試驗場，通過雷達反復探測，積累數據，分析所得到的不同地質體的探測圖像特征，匯集成探測成果數據庫，作為實際工程探測的參考標準，從而進一步改進系統硬件,開發能解決更多實際探測問題的專有軟件。 致力于高科技產品開發，并積極將成果轉化為社會生產力，誠望以高質量的探測產品和高水平的探測服務為國民經濟建設作出更大貢獻。