CN106443668A - 基于探地雷达的公路路面层间剥离的评价方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于探地雷达的公路路面层间剥离的评价方法，包括：利用探地雷达对公路路面进行检测，获得多道探地雷达回波数据；从所述回波数据提取路面表面反射幅值与次表面反射幅值；在探地雷达下方地面铺设金属板，利用探地雷达检测金属板，获得发射幅值；根据表面反射幅值和次表面反射幅值，计算每一道雷达回波数据对应的层间剥离指数；根据次表面反射幅值和发射幅值，计算每一道雷达回波数据对应的层间剥离指数阈值范围；比较每一道层间剥离指数与层间剥离指数阈值，判断是否发生层间剥离。本发明利用探地雷达，实现了对沥青公路路面层间剥离的无损检测，对于工程应用中公路路面快速评价与检测具有重要意义。

Description

基于探地雷达的公路路面层间剥离的评价方法
技术领域
本发明涉及雷达探测技术领域，进一步涉及一种基于探测雷达的公路路面层间剥离的评价方法。
背景技术
公路路面所用的沥青混合料是沥青与骨料按重量比例配合经加热搅拌而成，包括沥青面层与基层之间剥离，基层与路基间剥离。沥青路面层间剥离大多是由于车辆长期作用产生的后天性脱空。车轮荷载作用于路面上时，沥青层会产生弯沉变形。沥青层的弯沉会使路基产生一定的塑性变形。虽然荷载每次作用后路基所残留的塑性变形量很微小，但数百万甚至数千万次作用后的累积量并不小。同时，载荷作用于路面上不同部位时，由于不同部位的弯沉量有差异，路基的累计塑性变形量不同，最终形成了沥青路面的层间剥离。
由于沥青层间剥离的危害很大，对这种现象越早发现越好，如果及早进行修补，可使道路的使用年限延长，提高经济效益。
目前层间剥离评价方法较多。研究人员针对路面结构的层间状态评价主要采用力学计算和检测，检测手段可以采用FWD(落锤弯沉仪)通过反算模量来判定是否存在层间剥离，力学研究采用ANSYS等有限元分析软件计算层间剥离对结构整体力学性能的影响。目前最常用的沥青路面层间剥离检测方法依旧是钻孔取芯法，主要包含以下步骤：
(1)根据工程经验及路面现象寻找可能发生层间剥离的区域；
(2)在该区域进行破坏性的钻孔取芯，取出路面样芯；
(3)根据样芯判断该区域是否存在层间剥离。
在实现本发明的过程中，申请人发现上述现有技术存在如下技术缺陷：
FWD受方法限制只能对多个样本点进行检测，不能够做到对整条路线连续数据采集。力学方法测试过程繁琐，效率较低，且一般不宜用于评定验收或仲裁。
钻孔取芯测量法虽然能较好地识别沥青路面层间剥离，但存在两个明显缺陷：
(1)该方法会对沥青路面造成损伤，钻孔太多会影响公路路面质量；
(2)钻孔位置的选取有较强的随机性，难以保证取样样本的代表性，不利于检测整条路面的层间剥离情况。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于探地雷达的公路路面层间剥离评价方法，以解决以上所述的至少一项技术问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供一种基于探地雷达的公路路面层间剥离的评价方法，包括步骤：
(1)利用探地雷达对公路路面进行检测，获得多道探地雷达回波数据；
(2)从所述回波数据提取路面表面反射幅值与次表面反射幅值；
(3)在探地雷达下方地面铺设金属板，利用探地雷达检测金属板，获得发射幅值；
(4)根据表面反射幅值和次表面反射幅值，计算每一道雷达回波数据对应的层间剥离指数；
(5)根据次表面反射幅值和发射幅值，计算每一道雷达回波数据对应的层间剥离指数阈值范围；
(6)比较每一道层间剥离指数与层间剥离指数阈值，判断是否发生层间剥离。
优选的，步骤(4)包括：根据次表面反射幅值和发射幅值计算公路路面介电常数，公路表面的介电常数ε表示为：
然后根据介电常数ε，计算每一道数据对应的层间剥离指数阈值，该阈值It计算公式为：
优选的，步骤(5)包括：根据路面表面反射幅值与次表面反射幅值，计算每一道数据对应的层间剥离指数，层间剥离指数Ia表示为：
优选的，步骤(6)包括：比较每一道的层间剥离指数与层间剥离指数阈值，当某一道对应的层间剥离指数大于层间剥离指数阈值时，认为该道对应位置疑似发生层间剥离。
优选的，步骤(1)中，探地雷达回波数据的道数为10-100000道。
优选的，步骤(3)中，所述金属板的尺寸为大于五倍雷达波长以在金属板上反射完整雷达波。
优选的，步骤(3)中获得发射幅值包括：利用探地雷达对金属板进行检测，获得探地雷达检测的金属板回波数据；从所述金属板回波数据提取出发射幅值。
(三)有益效果
通过上述技术方案，可以得知本发明基于探地雷达的公路路面层间剥离的评价方法的有益效果在于：
(1)本发明的评价方法操作相对简便，适用于路面验收及复查；
(2)本发明的评价方法是一种无损的路面层间剥离方法，不影响公路路面质量；
(3)通过本发明的评价方法，能够对路面进行连续检测，得到全面覆盖式路面层间剥离状况。
附图说明
图1是本发明实施例基于探地雷达的公路路面层间剥离的评价方法的流程图。
图2是本发明一具体实施例的探地雷达路面检测结果图；
图3是本发明一具体实施例的公路路面表层及次表层反射示意图；
图4是本发明一具体实施例的层间剥离指数与道数关系示意图；
图5是本发明一具体实施例的层间剥离指数阈值与道数关系示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
在本发明中，“剥离”是指路面的两层轻微分离，相当于两层中间多了一个很薄的空气层。
图1是本发明实施例基于探地雷达的公路路面层间剥离的评价方法的流程图。
本发明实施例的基于探地雷达的公路路面层间剥离的评价方法，包括以下步骤：
(1)利用探地雷达对公路路面进行检测，获得多道探地雷达回波数据；
该步骤中，通常利用探地雷达对待探测的公路路面进行连续检测，得到探地雷达回波数据。探地雷达可以选择现有技术中常用的探地雷达系统。一般的，地雷达回波数据的道数为10-100000道。例如在本发明一具体实施例中采用中心频率2G，带宽2G，采样率51.2GHz时域探地雷达对某段公路路面进行检测，得到约5000道有效数据。
图2是本发明一具体实施例的探地雷达路面检测结果图。横坐标为道数，总坐标为信号间时延。
(2)从所述回波数据提取路面表面反射幅值与次表面(表面下方的第一个分界面)反射幅值；
通过提取步骤(1)中的探地雷达回波数据，得到路面表面反射幅值A0，次表面反射幅值A1。
图3是本发明一具体实施例的公路路面表层及次表层反射示意图，图中横坐标为道数，纵坐标为信号间时延，上方第一条横向贯穿线t1表示路面表面，往下第二条横向贯穿线t2表示次表面。
(3)在探地雷达下方地面铺设足够大的金属板，利用探地雷达检测，获得发射幅值；
该步骤中，通过在探地雷达下方地面铺设足够大的金属板，用探地雷达进行采集，可以得到发射幅值Am，该足够大是指金属板尺寸(金属板能覆盖的圆直径)大于五倍的雷达波长以在金属板上反射完整雷达波。
获得方式包括：利用探地雷达对金属板进行检测，获得探地雷达检测的金属板回波数据；从所述金属板回波数据提取出发射幅值。
(4)根据表面反射幅值、次表面反射幅值和发射幅值，计算每一道雷达回波数据对应的层间剥离指数；
该步骤中，可通过得到路面表面反射幅值A0，次表面反射幅值A1，计算每一道数据对应的层间剥离指数，层间剥离指数Ia可表示为：
图4是本发明一具体实施例的层间剥离指数示意图，横坐标为道数，纵坐标为层间剥离指数。
(5)根据次表面反射幅值和发射幅值，计算每一道雷达回波数据对应的层间剥离指数阈值范围；
该步骤中，可通过两个子步骤实现，包括：
子步骤A：计算公路路面介电常数，公路表面的介电常数ε可以表示为：
子步骤B：计算每一道数据对应的层间剥离指数阈值，该阈值It计算公式为：
图5是本发明一具体实施例的层间剥离指数阈值与道数关系示意图，横坐标为道数，纵坐标为层间剥离指数阈值。
(6)比较每一道层间剥离指数与层间剥离指数阈值，判断是否发生层间剥离。
该步骤中，通过比较每一道的层间剥离指数与层间剥离指数阈值，当某一道对应的层间剥离指数大于层间剥离指数阈值时，认为该道对应位置疑似发生层间剥离。
在本实施例中，可以看出该段公路数据层间剥离指数均小于层间剥离指数阈值，因此认为未发生层间剥离。
通过上述基于探地雷达的公路路面层间剥离的评价方法，实现了对沥青公路路面层间剥离的无损检测，对于工程应用中公路路面快速评价与检测具有重要意义。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于探地雷达的公路路面层间剥离的评价方法，其特征在于包括步骤：
(1)利用探地雷达对公路路面进行检测，获得多道探地雷达回波数据；
(2)从所述回波数据提取路面表面反射幅值与次表面反射幅值；
(3)在探地雷达下方地面铺设金属板，利用探地雷达检测金属板，获得发射幅值；
(4)根据表面反射幅值和次表面反射幅值，计算每一道雷达回波数据对应的层间剥离指数；
(5)根据次表面反射幅值和发射幅值，计算每一道雷达回波数据对应的层间剥离指数阈值范围；
(6)比较每一道层间剥离指数与层间剥离指数阈值，判断是否发生层间剥离。
2.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，步骤(4)包括：
根据次表面反射幅值和发射幅值计算公路路面介电常数，公路表面的介电常数ε表示为：
ϵ = ( 1 + A 1 / A m 1 - A 1 / A m ) 2
然后根据介电常数ε，计算每一道数据对应的层间剥离指数阈值，该阈值It计算公式为：
I t = 0.686 ϵ ϵ - 1 .
3.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，步骤(5)包括：
根据路面表面反射幅值与次表面反射幅值，计算每一道数据对应的层间剥离指数，层间剥离指数Ia表示为：
I a = A 1 A 0 .
4.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，步骤(6)包括：比较每一道的层间剥离指数与层间剥离指数阈值，当某一道对应的层间剥离指数大于层间剥离指数阈值时，认为该道对应位置疑似发生层间剥离。
5.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，步骤(3)中，所述金属板的尺寸为大于五倍雷达波长以在金属板上反射完整雷达波。
6.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，步骤(3)中获得发射幅值包括：利用探地雷达对金属板进行检测，获得探地雷达检测的金属板回波数据；从所述金属板回波数据提取出发射幅值。
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