DB13T 1750-2013 公路路基路面探地雷达检测规程

—2013公路路基路面探地雷达检测规程2013-08-12发布2013-08-31实施河北省质量技术监督局发布—2013I前言本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由石家庄市质量技术监督局提出。本标准起草单位：河北道桥工程检测有限公司。本标准主要起草人:范威、张建强、董伯春、王鹏飞、倪立宾、程小玲、甄育红、邢然。—20131公路路基路面探地雷达检测规程1范围本规程规定了公路路基、路面探地雷达检测术语、符号、基本规定、仪器设备、现场检测、参数的计算、数据处理、检测报告等内容。本规程适用于以探地雷达对道路路基、路面结构层检测及病害缺陷探查等方面检测,公路工程其它部位雷达检测可参照本规程。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。JTGF80公路工程质量检验评定标准JTGE60公路路基路面现场测试规程3术语和定义下列术语定义适用于本文件。3.1探地雷达GroundPenetratingRadar，(简称“GPR”)又称透地雷达、地质雷达，是一种能够发射和接收高频电磁波信号，并利用介质对电磁波的反射特性，对介质内部的构造和缺陷进行无损探测的仪器。3.2时窗timewindow探地雷达信号采集的时间范围。3.3有效异常effectiveanomaly检测目标体(路基、路面)产生的异常。3.4干扰异常interferenceanomaly检测目标体(路基、路面)体以外的其他因素引起的异常。4基本规定—201324.1公路路基、路面探地雷达检测适用于：a)路面面层厚度检测；沥青层分层变形、断裂、松散、层间离析检测；水泥混凝土板底脱空检测；b)路面基层沉陷、断裂、松散破碎、高含水等病害探查；c)路基脱空、沉陷、疏松、高含水等病害探查。4.2对于旧路基层、面层病害的分析，根据实际检测中发现的空洞、不密实等问题，可以布置测网进行检测。5探地雷达测试系统5.1探地雷达主机应具备以下性能a)系统的信噪比大于120dB；b)不低于8位的采样分辨率；c)不低于16位的模/数（A/D）转换器；d)具有信号迭加次数的选择功能；e)最小采样间隔，不大于0.5ns（1ns=10-9s）；f)点测量和连续测量功能；g)手动和自动位置标记功能；h)可连接不同频率的屏蔽天线或组合；i)车载探地雷达扫描速率应不低于800扫/秒。5.2所配置的探地雷达天线根据所探测目标选择合适的雷达天线，可参考附录A。5.3探地雷达应具有以下3种不同的测量方式a)时间触发采集b)距离触发连续采集c)单点控制采集5.4信息采集软件和数据处理软件应具有的功能：测试系统软件包括实时采集软件和事后处理软件。其中，实时采集软件应具有参数调试、数据采集、回放和快速输出功能；事后处理软件应具有道（剖面）编辑、背景消除、滤波去噪、自动增益、滑动平均、层位追踪、异常标定和回放输出功能。6芯样标定6.1在开展检测工作前，应对相应中心频率的雷达天线、不同检测目的，进行取芯标定，确定出不同界面对应的雷达反射波的图像特征。标定出各层或相近结构层集料的电磁波速或介电常数。在待测路段内选择直观、典型的部位进行取芯。6.2芯样标定方法：将雷达天线在需要标定芯样点的上方采样，钻芯取样，测量芯样的实际厚度，并将厚度数据输入到计算机中，反算出路面材料的介电常数或者雷达波在材料中的传播速度。—201337现场检测7.1安装雷达天线：将雷达天线安装牢固，并与主机正确连接。7.2检查连接安装无误后，开机进行充分预热，预热时间不得少于规定的时间。7.3设置样点数、采样频率，时窗，道间距，增益等参数。7.4检测现场必须做好记录，包括记录测区、标段、测线号、测量方向、测线的起始桩号、天线类型，并随时记录可能对检测产生电磁影响的其它构造物（如桥梁、涵洞、隧道等）及其位置。7.5测线应根据检测目的和实际需求进行布设，根据需要可布设多条测线。7.6采用距离触发连续采集方式时，应进行距离标定。8参数的计算和确定8.1垂直分辨率垂直分辨率是垂直方向上可以划分的最薄层次，一般把波长的1/4作为其下限。8.2水平分辨率水平分辨率是可以分辨的地下最小目标的横向尺寸，与天线波束的覆盖区面积有关，覆盖面积又跟目标的埋藏深度有关。天线波束的覆盖面积可由下式计算：…………………………………………（1）式中：A—天线波束覆盖区半径；（m）—探地雷达天线的中心波长(m)；D—地表到反射面的深度(m)；K—反射面以上介质的平均介电常数。8.3测量时窗的确定根据检测厚度及介质的相对介电常数，由下式来确定测量时窗：…………………………………………（2）式中：错误！未找到引用源。—时窗长度(ns)；d—目标体的厚度（或埋深）(m)；a—调整系数，一般取1.5～2.0；r—相对介电常数。8.4采样率的确定电磁波的一个周期内不少于2个点，可由下式确定：14KDAadTr3.02—20134rcv…………………………………………（3）式中：s—采样率(Hz)；T—时窗长度(ns)；k—调整系数，一般取5～10；f—天线中心频率(MHz)。8.5介质的介电常数确定参照附录B或依据6.2芯样标定方法8.6探地雷达波速的计算探地雷达波波速有如下几种方法，可根据现场实际情况选择某种方法来进行计算：a)已知介质的介电常数时计算探地雷达波波速：…………………………………………（4）式中：v—电磁波在介质中的传播速度（m/ns）；c—电磁波在空气中的传播速度，取300m/ns；r—介质的相对介电常数。b)已知目标体埋深时，计算探地雷达波速：…………………………………………（5）式中：—探地雷达波速（即电磁波的波速）（m/ns）；h—已知目标体的埋深(m)；t—探地雷达接收到的已知目标体所反射的电磁波的时间(ns)。c)用共中心点法（CMP），利用下式求波速：…………………………………………（6）式中：v—探地雷达波速（即电磁波的波速）（m/ns）；X—距中距离(m)；xt—不同X点上的雷达波的反射时间(ns)；3102kfTsthv2dtxtXv22—20135dt—中点反射时间(ns)。9探测信息数据处理与解释9.1当数据记录不完整、信号不清晰，里程标记不准确时，原始探测数据信息需要进行处理,才能进行解释。9.2探测数据处理与解释的一般流程如图1所示，几种不同算法信号（数据）的处理步骤参考附录C。图1探地雷达数据处理解释参照流程图9.3路基、路面结构层图像主要判别特征：a)路基、路面完好：雷达图像呈现水平型展布，信号强度基本一致，图像无明显变化；b)存在裂缝类病害：雷达波反射产生较大变化，同相轴断裂，幅值变小；c)存在脱空、松散病害：雷达波反射强烈，同相轴错断，波幅增强，多呈现弧形曲线；d)存在沉陷病害：雷达波反射强烈，波幅增强，多呈现弧形曲线。9.4信息数据处理应符合下列规定：文件编辑文件预处理数据处理零线设定各种滤波偏移各种变换分层处理计算介电常数速度计算参数计算处理效果图形分析编辑图形修饰注释输出结果不符合符合—20136a)位置标记准确、无误；b)信号不失真；c)厚度测试分层应准确；d)图像清晰易辨识。9.5信息数据解释工作应符合下列原则：a)解释应去伪存真，提高信号的信噪比，突出有用反射波；b)分析可能存在的干扰体位置与探地雷达记录中异常的关系，区分有效异常和干扰异常；c)追索雷达图像上反射波同相轴的展布，对发生间断、错动、分叉、明显弯曲及反射波幅明显变化的图像分析和判别。10检测报告10.1路面结构层厚度测试报告应包括检测路段的平均值、标准差、厚度代表值。质量评定按照国家、行业有关现行规程、规范执行。10.2路面、路基病害测试报告应包括所识别的病害类型，病害详细纵向位置、横向位置及深度，在雷达图上应明确标注。—20137AA附录A（资料性附录）雷达天线的选取A.1雷达的探测深度与天线的发射功率、使用的频率、介质的电导特性及仪器的动态范围有关。探测目标体又与横向分辨率和纵向分辨率有关。应根据实际探测的深度及所探测的目标视情况选定适合频率的天线或天线组合。常见路用雷达屏蔽天线频率（100MHZ～2200MHZ）探测深度见表A.1。表A.1屏蔽天线最大探测深度（单位：m）路基、路面探测目标100MHz4.0～10.0土基深层缺陷200MHz2.0～8.0路基结构及基础深层缺陷500MHz2.0～4.0路基、深层路面结构及病害缺陷900MHz1.0～2.0路基、路面结构及病害缺陷1200MHz0.7路面结构及病害缺陷1600MHz0.5路面结构及面层病害缺陷2000MHz0.4面层结构及面层病害缺陷2200MHz0.3面层结构及面层病害缺陷—20138BB附录B（资料性附录）常见介质的相对介电常数ε与电磁波传播速度vB.1常见介质的相对介电常数ε与电磁波传播速度v见表B.1。表B.1介质相对介电常数速度v（m/ns）花岗岩4（9）0.15（0.1）安山岩20.21玄武岩40.15凝灰岩60.12石灰岩7（6）0.11（0.12）大理石60.11砂岩（4）（0.15）煤4～50.13～0.15土壤（含水20%）10（4～40）0.095（0.05～0.15）土壤（干）4（3～5）0.15（0.13～0.18）沼泽森林肥土120.087肥土150.077混凝土6.40.12沥青3～50.13～0.18水810.033雪（干）2～30.17～0.21雪（湿）4～120.09～0.15冰3.20.17空气10.3PVC（聚氯乙烯）30.17注：表中数据引自北原（1979,1GHz频率下的测定值）、OYO公司（表中括号内数值）以及ThomasJ.Fenner的资料。—20139CC附录C（规范性附录）几种不同算法信号（数据）的处理步骤C.1突出深部信号去除开始时间→去直流漂移→自动增益控制→背景去除→带通滤波→滑动平均C.2突出浅部信号去除开始时间→中值滤波→自动增益控制（或能量衰减）→背景去除（或抽取平均道）→带通滤波→滑动平均C.3突出突变面信号去除开始时间→去直流漂移→能量衰减→背景去除(或抽取平均道)→带通滤波→滑动平均C.4通用算法去除开始时间→去直流漂移→自动增益控制→背景去除(或抽取平均道)→滑动平均_________________________________