基于探地雷达的公路路面离析的评价方法与流程

本发明涉及雷达探测技术领域，进一步涉及一种基于探地雷达的公路路面离析的评价方法。

背景技术：

大多新建的沥青路面在使用4～5年就出现诸如水损、坑槽、车辙、泛油等早期损坏，这些问题与沥青路面施工时的离析有密切的关系。相关研究表明，发生离析后的路面沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和疲劳寿命大大降低，从而导致路面的加速损坏，使用寿命将降低50％。

沥青混合料离析有两种：一种是级配离析，另一种是温度离析。级配离析是指混合料中一个粒径或多个粒径集料的比例以一定程度偏离了设计级配；温度离析是指路面摊铺中由于混合料温度的差异引起的路面质量不均匀。离析可能发生在集料的储存、运输，沥青混合料的储存、运输、卸载、摊铺和碾压等各个时期。

目前，我国对于离析的检测方法还主要依赖于观察法、铺砂法和取芯法。

观察法：根据工程经验对路面结构进行观察，从而判断离析情况，适用于大粒径及较粗的沥青混合料，不适用于小粒径和细级配的沥青混合料。

铺砂法：因为离析区域与非离析区域沥青混凝土路面表面纹理深度会有明显变化，所以可以通过铺砂法来确定路表的构造深度，从而判断沥青混凝土路面的离析程度。

取芯法：该法是一种传统的破坏性密度检测试验，通过在离析区域钻芯取样，分析芯样的密度、空隙率、沥青含量和级配组成，通过与设计值或标准值的比较来判定路面离析的程度。

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

观察法是一种主观的判别方法，无法量化，具有一定的局限性。

铺砂法比较费时，并且铺砂法的测定结果经常受测试者主观意志和测试方法的左右。

取芯法虽然能较好地测定沥青路面压实度，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，不利于准确评价整条沥青路面离析情况。

另外，上述方法均停留在路面表面离析，而对离析内在程度和范围不能评定。

技术实现要素：

(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离析的评价方法，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离析的评价方法，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)从回波数据中提取路面表面反射幅值与次表面反射幅值，以及表面反射与次表面反射之间的信号间时延；

(3)在探地雷达下方地面铺设金属板，用探地雷达对金属板进行探测并进行采集，得到发射幅值；

(4)根据路面表面反射幅值、次表面反射幅值和信号间时延，计算每一道雷达数据对应的离析指数；

(5)根据路面表面反射幅值、信号间时延和发射幅值，计算每一道雷达数据对应的离析指数阈值；

(6)比较每一道离析指数与离析指数阈值，判断公路路面是否发生离析。

优选的，步骤(4)包括：根据路面表面反射幅值A0、次表面反射幅值A1和信号间时延t计算每一道数据对应的离析指数，离析指数Ia表示为：

Is＝A1·A0·t。

优选的，步骤(5)包括：根据路面表面反射幅值A0、发射幅值Am和信号间时延t计算每一道数据对应的离析指数，计算每一道数据对应的层间离析指数阈值，该阈值It计算公式为：

其中，表示整条测线路面表面反射幅值A0的均值，表示信号间时延t的均值。

优选的，步骤(6)包括：比较每一道的离析指数与离析指数阈值，当某一道对应的离析指数小于离析指数阈值时，认为该道对应位置疑似发生离析。

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。

(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离析评价方法，不影响公路路面质量；

(3)本发明的评价方法能够对路面进行连续检测，得到全面覆盖式评价路面离析情况。

附图说明

图1是本发明实施例基于探地雷达的公路路面离析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离析指数与道数关系示意图。

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，“离析”是指路面面层内沥青和骨料由于密度不一样发生分离，导致沥青在上面，骨料在下面，而正常的路面面层应该使沥青与骨料的均匀混合物。

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。本发明一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：

(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；探地雷达的参数由雷达系统决定，在此不作限定。例如采用中心频率2G，带宽2G，采样率52.4GHz时域探地雷达对某段公路路面进行检测，得到2000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，图中横坐标为道数，纵坐标为信号间时延。

(2)从回波数据中提取路面表面反射幅值与次表面反射幅值，以及表面反射与次表面反射之间的信号间时延；

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，以及表面反射与次表面反射之间的信号间时延t。该次表面是指表面下方的第一个分界面。

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，用探地雷达进行采集，得到发射幅值；

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。

(4)根据路面表面反射幅值、次表面反射幅值和信号间时延，计算每一道雷达数据对应的离析指数；

该步骤中，根据步骤(2)所获得的路面表面反射幅值A0，次表面反射幅值A1，以及表面反射与次表面反射之间的时延t，计算每一道数据对应的离析指数，离析指数可表示为：

Is＝A1·A0·t (1)

图4是本发明一具体实施例的离析指数与道数关系示意图，其中，横坐标为道数，纵坐标为离析指数。

(5)根据路面表面反射幅值、信号间时延和发射幅值，计算每一道雷达数据对应的离析指数阈值；

该步骤中，根据路面表面反射幅值A0、发射幅值Am和信号间时延t计算每一道数据对应的离析指数，计算每一道数据对应的层间离析指数阈值，该阈值It计算公式为：

其中，表示整条测线路面表面反射幅值A0的均值，表示信号间时延t的均值。根据图2-4具体实施例的数据，计算得到离析指数阈值等于0.002。

(6)比较每一道离析指数与离析指数阈值，判断公路路面是否发生离析。

在该步骤中，比较每一道的离析指数与离析指数阈值，当某一道对应的离析指数小于离析指数阈值时，认为该道对应位置疑似发生离析。

根据上述附图2-4中一具体实施例所示，对比各道数据对应的离析指数与离析指数阈值，可以看到离析指数均大于0.002，认为该路段未发生离析。

通过上述基于探地雷达的公路路面离析的评价方法，实现了对沥青公路路面离析的无损检测，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。