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摘要：针对道路半刚性基层病害检测问题，本文采用半刚性材料预制基层病害，对基层病害检测方案进行研究，利用探地雷达进行连续测量和人工点测，得到相应的数据图像，大致确定病害类型，并通过MATLAB与IDSP5.0结合对检测数据进行处理，从而对半刚性基层病害的种类和位置进行确定。结果表明：采用探地雷达连续测量和人工点测，得到半刚性基层裂缝的水平位置误利用探地雷达研究道路半刚性基层病害的检测技术，具有重要的理论价值和实际应用意义。
关键词：半刚性基层；探地雷达；病害检测；MATLAB
中图分类号：P631 文献标志码：A
1.引言
目前，我国高速公路发展迅速，由于半刚性材料具有初期强度高、良好的板体性、抗渗度和抗冻性好等优点[1]，半刚性材料的使用得到广泛推广，同时道路质量的检测任务也日益增多，道路的使用状况评价成为目前的重要任务。面对道路质量评价工作量的急剧增加，传统的钻芯取样等有损检测技术，由于工作量大、对道路有破坏性等特点，已经不能适应目前检测的任务。探地雷达检测技术作为一种无损检测技术，具有高分辨率、高效率、无损探测、结果直观等优点，可以在较短时间内得到检测道路的使用情况，为道路维护提供必要的依据。国内外将探地雷达应用于高等级公路路面厚度、路基空洞与缺损等的检测，并做出了大量研究工作。随着道路建设不断发展，道路的病害检测和养护任务日益加重，特别是高等级公路的半刚性基层病害检测问题，由于其隐蔽性，检测难度较大，但半刚性基层病害对道路承载力影响较大，因此成为近几年道路质量检测的一个重要方向[6]。利用探地雷达研究在半刚性基层病害的检测技术，具有重要实际应用意义。
2.探地雷达检测的基本理论
探地雷达是一种天线贴近地面，利用脉冲电磁波进行地下探测的无损探测设备，利用电磁波在地下介质中的传播和反射特性，进行探测和定位的。由于地下介质的不均匀性和复杂性，电磁波的传播过程较为复杂。探地雷达主要由发射天线、接收天线、计算机处理系统组成。由发射天线向地下发射电磁脉冲波，电磁波在不同介电特性的介质表面产生反射和透射，其相位等参数可能发生变化，反射波被接收天线接收，同时天线将数据信息传递给计算机处理系统，主机显示屏上即可显示出电磁波图像，探地雷达检测目标体的原理流程如图1所示。
电磁波的传播速度[2]可以简化为 （1）
式（1）中c为电磁波在空气中的传播速度， 为介质相对于空气的介电常数，目标体在探地雷达图像上的波形特征表现为一条双曲线。通过图像分析，双曲线顶点即可确定目标体的位置。
3. 道路半刚性基层病害的探地雷达检测
3.1 半刚性基层隐含裂缝和空洞的检测
道路面层未出现明显病害，而基层有裂缝和空洞病害，不易被发现，但对道路的使用寿命影响很大。考虑到空气的相对介电常数为1，沥青面层和半刚性基层介质的相对介电常数为4～12，裂缝和空洞中的空气与周围介质的介电常数存在较大差异，可以被检测定位。
针对隐含裂缝和空洞，采用连续检测和人工点测相结合的方法，首先在道路上进行布置检测线进行车载探地雷达的连续检测，在可能存在问题的路段进行标记。针对车载探地雷达检测的问题路段进行局部人工点测，从而确定隐含裂缝和空洞的具体位置。
3.2 半刚性基层含水裂缝和空洞的检测
道路半刚性基层病害包括含水裂缝、含水空洞等，沥青面层和半刚性基层介质的介电常数为4～12，而水的介电常数为81，空气的介电常数为1。含水裂缝和空洞的介质为空气和水的混合，其介电常数可能会与周围的半刚性基层介质的介电常数相近，因此含水裂缝和空洞的介电常数与周围不存在较大差异，不能明显地在图像中显示出来。探地雷达半刚性基层病害检测的关键是确定介质和病害处的介电常数，从而确定病害位置，造成检测难度较大。
针对道路半刚性基层含水裂缝和空洞的检测，采用如下方法进行检测：
（1）首先制作试件研究相同尺寸裂缝和空洞的介电常数随含水量的变化规律。通过实验得到不同含水量下，相同尺寸裂缝和空洞的介电常数。运用MATLAB计算软件，对实验数据进行拟合处理，建立含水量与裂缝和空洞介电常数的关系式，为探地雷达检测半剛性基层裂缝和空洞含水量提供理论依据。
（2）根据道路结构层情况，制作一定尺寸的混凝土试件，同时预制含水裂缝和空洞。通过调节探地雷达的测量参数（如采样点距，调节增益等），控制检测线的布置，利用傅里叶变换、小波分析等处理检测数据，从而对含水裂缝的探地雷达定位方法进行研究。
（3）采用正交试验的思想，预制不同尺寸裂缝和不同含水量，通过探地雷达检测，根据检测得到的含水量，与实际含水量进行对比分析，将误差统计，运用概率论方法，得到探地雷达检测半刚性基层裂缝含水量准确性。最后通过现场检测试验，验证探地雷达检测半刚性基层裂缝含水量的方法和准确性。
采用上述方法进行道路半刚性基层含水裂缝和空洞检测，从而确定含水裂缝和空洞的具体位置，为道路维护提供依据，延长道路使用寿命。
3.3 病害数据和图像处理
针对道路半刚性基层裂缝和空洞病害，使用探地雷达检测得到数据图像，采用IDSP5.0软件进行去噪处理，然后采用MATLAB进行定位分析，通过MATLAB与IDSP5.0结合对检测数据进行处理，从而对半刚性基层病害的种类和位置进行确定。
4.结论与展望
针对道路半刚性基层病害检测问题，本文对道路半刚性基层裂缝和空洞进行研究分析，利用探地雷达进行连续测量和人工点测，得到相应的数据图像，大致确定病害类型，并通过MATLAB与IDSP5.0结合对检测数据进行处理，从而对半刚性基层病害的种类和位置进行确定。
参考文献：
[1]沙爱民. 半刚性路面材料结构与性能[M].北京：人民交通出版社，1998
[2]李大心. 探地雷达方法与应用[M]. 北京：地质出版社，1994
[3]李成香，强建科，王建军.地质雷达在公路裂缝检测中的应用[J].工程地球物理学报，2004，1（3）：282-286
[4]Jol，H.M. Ground Penetrating Radar：Theory and Applications[M].Publishing House of Electronics Industry. America，2011
[5]谢昭晖，李金铭. 我国探地雷达的应用现状及展望[J]. 工程勘察，2007，11：71-75
[6]朱少辉.探地雷达在高级公路质量检测中的应用研究[D].吉林大学，硕士学位论文，2006
作者简介：
王巧焕（1986-），女，湖北工业大学，土木工程与建筑学院，硕士研究生，主要从事结构检测、结构设计分析等方面的研究。
关键词：半刚性基层；探地雷达；病害检测；MATLAB
中图分类号：P631 文献标志码：A
1.引言
目前，我国高速公路发展迅速，由于半刚性材料具有初期强度高、良好的板体性、抗渗度和抗冻性好等优点[1]，半刚性材料的使用得到广泛推广，同时道路质量的检测任务也日益增多，道路的使用状况评价成为目前的重要任务。面对道路质量评价工作量的急剧增加，传统的钻芯取样等有损检测技术，由于工作量大、对道路有破坏性等特点，已经不能适应目前检测的任务。探地雷达检测技术作为一种无损检测技术，具有高分辨率、高效率、无损探测、结果直观等优点，可以在较短时间内得到检测道路的使用情况，为道路维护提供必要的依据。国内外将探地雷达应用于高等级公路路面厚度、路基空洞与缺损等的检测，并做出了大量研究工作。随着道路建设不断发展，道路的病害检测和养护任务日益加重，特别是高等级公路的半刚性基层病害检测问题，由于其隐蔽性，检测难度较大，但半刚性基层病害对道路承载力影响较大，因此成为近几年道路质量检测的一个重要方向[6]。利用探地雷达研究在半刚性基层病害的检测技术，具有重要实际应用意义。
2.探地雷达检测的基本理论
探地雷达是一种天线贴近地面，利用脉冲电磁波进行地下探测的无损探测设备，利用电磁波在地下介质中的传播和反射特性，进行探测和定位的。由于地下介质的不均匀性和复杂性，电磁波的传播过程较为复杂。探地雷达主要由发射天线、接收天线、计算机处理系统组成。由发射天线向地下发射电磁脉冲波，电磁波在不同介电特性的介质表面产生反射和透射，其相位等参数可能发生变化，反射波被接收天线接收，同时天线将数据信息传递给计算机处理系统，主机显示屏上即可显示出电磁波图像，探地雷达检测目标体的原理流程如图1所示。
电磁波的传播速度[2]可以简化为 （1）
式（1）中c为电磁波在空气中的传播速度， 为介质相对于空气的介电常数，目标体在探地雷达图像上的波形特征表现为一条双曲线。通过图像分析，双曲线顶点即可确定目标体的位置。
3. 道路半刚性基层病害的探地雷达检测
3.1 半刚性基层隐含裂缝和空洞的检测
道路面层未出现明显病害，而基层有裂缝和空洞病害，不易被发现，但对道路的使用寿命影响很大。考虑到空气的相对介电常数为1，沥青面层和半刚性基层介质的相对介电常数为4～12，裂缝和空洞中的空气与周围介质的介电常数存在较大差异，可以被检测定位。
针对隐含裂缝和空洞，采用连续检测和人工点测相结合的方法，首先在道路上进行布置检测线进行车载探地雷达的连续检测，在可能存在问题的路段进行标记。针对车载探地雷达检测的问题路段进行局部人工点测，从而确定隐含裂缝和空洞的具体位置。
3.2 半刚性基层含水裂缝和空洞的检测
道路半刚性基层病害包括含水裂缝、含水空洞等，沥青面层和半刚性基层介质的介电常数为4～12，而水的介电常数为81，空气的介电常数为1。含水裂缝和空洞的介质为空气和水的混合，其介电常数可能会与周围的半刚性基层介质的介电常数相近，因此含水裂缝和空洞的介电常数与周围不存在较大差异，不能明显地在图像中显示出来。探地雷达半刚性基层病害检测的关键是确定介质和病害处的介电常数，从而确定病害位置，造成检测难度较大。
针对道路半刚性基层含水裂缝和空洞的检测，采用如下方法进行检测：
（1）首先制作试件研究相同尺寸裂缝和空洞的介电常数随含水量的变化规律。通过实验得到不同含水量下，相同尺寸裂缝和空洞的介电常数。运用MATLAB计算软件，对实验数据进行拟合处理，建立含水量与裂缝和空洞介电常数的关系式，为探地雷达检测半剛性基层裂缝和空洞含水量提供理论依据。
（2）根据道路结构层情况，制作一定尺寸的混凝土试件，同时预制含水裂缝和空洞。通过调节探地雷达的测量参数（如采样点距，调节增益等），控制检测线的布置，利用傅里叶变换、小波分析等处理检测数据，从而对含水裂缝的探地雷达定位方法进行研究。
（3）采用正交试验的思想，预制不同尺寸裂缝和不同含水量，通过探地雷达检测，根据检测得到的含水量，与实际含水量进行对比分析，将误差统计，运用概率论方法，得到探地雷达检测半刚性基层裂缝含水量准确性。最后通过现场检测试验，验证探地雷达检测半刚性基层裂缝含水量的方法和准确性。
采用上述方法进行道路半刚性基层含水裂缝和空洞检测，从而确定含水裂缝和空洞的具体位置，为道路维护提供依据，延长道路使用寿命。
3.3 病害数据和图像处理
针对道路半刚性基层裂缝和空洞病害，使用探地雷达检测得到数据图像，采用IDSP5.0软件进行去噪处理，然后采用MATLAB进行定位分析，通过MATLAB与IDSP5.0结合对检测数据进行处理，从而对半刚性基层病害的种类和位置进行确定。
4.结论与展望
针对道路半刚性基层病害检测问题，本文对道路半刚性基层裂缝和空洞进行研究分析，利用探地雷达进行连续测量和人工点测，得到相应的数据图像，大致确定病害类型，并通过MATLAB与IDSP5.0结合对检测数据进行处理，从而对半刚性基层病害的种类和位置进行确定。
参考文献：
[1]沙爱民. 半刚性路面材料结构与性能[M].北京：人民交通出版社，1998
[2]李大心. 探地雷达方法与应用[M]. 北京：地质出版社，1994
[3]李成香，强建科，王建军.地质雷达在公路裂缝检测中的应用[J].工程地球物理学报，2004，1（3）：282-286
[4]Jol，H.M. Ground Penetrating Radar：Theory and Applications[M].Publishing House of Electronics Industry. America，2011
[5]谢昭晖，李金铭. 我国探地雷达的应用现状及展望[J]. 工程勘察，2007，11：71-75
[6]朱少辉.探地雷达在高级公路质量检测中的应用研究[D].吉林大学，硕士学位论文，2006
作者简介：
王巧焕（1986-），女，湖北工业大学，土木工程与建筑学院，硕士研究生，主要从事结构检测、结构设计分析等方面的研究。