DB15∕T 2617-2022 公路路基路面三維探地雷達(dá)檢測規(guī)程

1、 ICS 93.080.01CCS P 6615內(nèi)蒙古自治區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn)DB15/T 26172022公路路基路面三維探地雷達(dá)檢測規(guī)程Regulation of 3d ground penetrating radar detection for road subgrade and pavement2022-06-24發(fā)布2022-06-24實施 DB 15/T 26172022目次前言. II12345范圍. 1規(guī)范性引用文件 . 1術(shù)語和定義 . 1基本規(guī)定 . 3三維探地雷達(dá)檢測系統(tǒng) . 3儀器設(shè)備組成 . 3三維探地雷達(dá)參數(shù)選取 . 467檢測準(zhǔn)備及環(huán)境要求 . 5前期資料調(diào)查 . 5現(xiàn)場踏

2、勘 . 5檢測環(huán)境要求 . 5檢測程序 . 5系統(tǒng)標(biāo)定 . 5現(xiàn)場檢測 . 6復(fù)測驗證 . 689數(shù)據(jù)分析 . 6數(shù)據(jù)處理 . 6數(shù)據(jù)解譯 . 7報告編寫 . 7附錄A（規(guī)范性）常見材料相對介電常數(shù). 8附錄B（規(guī)范性）公路材料相對介電常數(shù)標(biāo)定. 9附錄C（規(guī)范性）三維探地雷達(dá)現(xiàn)場記錄表. 11I DB 15/T 26172022前言本文件按照GB/T 1.12020標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則的規(guī)定起草。II DB 15/T 26172022公路路基路面三維探地雷達(dá)檢測規(guī)程1范圍本文件規(guī)定了三維探地雷達(dá)公路路基路面檢測的設(shè)備、檢測程序、數(shù)據(jù)分析等要求。本文件適用于各等級

3、公路路基路面結(jié)構(gòu)層厚度、脫空、含水和含冰程度、裂縫等內(nèi)容檢測，其他等級公路路基路面檢測可參考執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。JT/T 940JGJ/T 437JTG 3430JTG 3450JTG E42公路斷面探傷及結(jié)構(gòu)層厚度探地雷達(dá)城市地下病害體綜合探測與風(fēng)險評估技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)公路土工試驗規(guī)程公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程公路工程集料試驗規(guī)程3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。三維探地雷達(dá) 3D ground penetrat

4、ing radar采用陣列天線電磁波發(fā)射、接收技術(shù)，通過采集多通道反射信號反映地層縱剖面與橫剖面地質(zhì)情況，能夠形成高密度三維立體電磁波數(shù)據(jù)的一種探地雷達(dá)，可用于公路工程結(jié)構(gòu)層厚度、含水率、脫空、內(nèi)部裂縫等檢測，為一種無損檢測技術(shù)。探地雷達(dá)天線 GPR antenna探地雷達(dá)發(fā)射和接收電磁波的裝置，分為發(fā)射天線及接收天線。探地雷達(dá)天線分為脈沖式與頻率步進(jìn)式，以Hz為單位。相對介電常數(shù) relative dielectric constant介質(zhì)相對于真空的介電常數(shù)，以字母r表示。1 DB 15/T 26172022測距輪 distance measurement instrument一種通過轉(zhuǎn)動

5、測量距離的裝置，每轉(zhuǎn)動一圈產(chǎn)生固定的脈沖數(shù)。實際測距時，根據(jù)脈沖數(shù)和測量輪的周長可以確定距離。掃描率 scan rate單位時間或距離內(nèi)的掃描次數(shù)。時窗 time window探地雷達(dá)接收信號的時間范圍。分辨率 resolution分辨最小異常體的能力。增益 gain對探地雷達(dá)波信號進(jìn)行放大或補(bǔ)償?shù)奶幚矸椒āＭ噍S events探地雷達(dá)數(shù)據(jù)中相鄰道振動相位相同的極值（波峰或波谷）的連線。信噪比 signal-noise-ratio有效信號功率與干擾信號（噪聲）功率之比。濾波 wave filtering根據(jù)有效信號與干擾信號的頻率分布差異，采用合理的濾波器，將干擾信號盡可能去除，保留更多有效信

6、號的數(shù)據(jù)處理方法。反褶積（反濾波） deconvolution (inverse filtering)2 DB 15/T 26172022去除探地雷達(dá)波信號中雷達(dá)子波長度影響，保留地下反射系數(shù)信號的數(shù)據(jù)處理方法。偏移歸位 migration探地雷達(dá)波信號記錄中將每個地下反射點移動至原有位置的數(shù)據(jù)處理方法。背景去噪 background noise removal通過對選定信號在整個剖面消除一致性的噪聲，抑制水平一致性的能量，達(dá)到使雷達(dá)電磁波信號清晰的處理方法。4基本規(guī)定三維探地雷達(dá)檢測內(nèi)容包括路基路面結(jié)構(gòu)層厚度、脫空、含水和含冰情況、裂縫等。公路含冰分布檢測可在每年11月至次年6月進(jìn)行，檢測前

7、應(yīng)通過鉆探資料進(jìn)行對比試驗，調(diào)查測區(qū)內(nèi)有效波、干擾波分布規(guī)律，確定凍土區(qū)平均介電常數(shù)和大致厚度范圍。三維探地雷達(dá)應(yīng)每年定期檢查、校準(zhǔn)和保養(yǎng)，具體要求應(yīng)符合JT/T 940的規(guī)定。5三維探地雷達(dá)檢測系統(tǒng)儀器設(shè)備組成包括雷達(dá)主機(jī)、雷達(dá)天線、采集觸發(fā)系統(tǒng)、測量接收定位系統(tǒng)、里程計、測距輪等，如圖1所示。圖1三維探地雷達(dá)設(shè)備示意圖三維探地雷達(dá)設(shè)備主要性能應(yīng)滿足如下要求：a）天線通道數(shù)不少于8道，各通道應(yīng)保持良好的一致性；b）A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)不應(yīng)小于16 bit；c）距離標(biāo)定誤差不大于2；3 DB 15/T 26172022d）工作電源宜選用可充電電池，續(xù)航能力應(yīng)在4 h以上，續(xù)航能力不足時，應(yīng)配置備用電

8、源；e）垂直分辨率不大于0.5 ns；f）測量接收定位系統(tǒng)的分辨率為厘米級。三維探地雷達(dá)參數(shù)選取5.2.1雷達(dá)天線參數(shù)的選取應(yīng)滿足如下要求。脈沖式探地雷達(dá)5.2.1.1若選擇的天線為脈沖式，可按公式（1）確定天線中心頻率：15000=（1）式中：fc 天線中心頻率（MHz）；x分辨率（cm）；r公路結(jié)構(gòu)層平均相對介電常數(shù)，常見道路工程相關(guān)材料介相對介電常數(shù)見附錄A。5.2.1.2頻率步進(jìn)式探地雷達(dá)若選擇的天線為頻率步進(jìn)式，可按公式（2）確定天線帶寬：=（2）1 2 式中：BW 天線帶寬（GHz）；1加權(quán)系數(shù)，取1.11.2，充分考慮全頻率信號衰減，干擾源種類小于等于4種或干擾源距天線大于3 m

9、時，取1.1；干擾源種類大于4種或干擾源距天線小于3 m時，取1.2；C光速，一般取30（cm/ns）。5.2.2天線中心頻率或天線帶寬選擇宜參考表1。表1天線參數(shù)選定表檢測深度（m）測量誤差允許范圍（cm）中心頻率（GHz）帶寬（GHz）1.5注：表1中測量誤差允許值可視為分辨率值。5.2.3時窗長度可按公式（3）確定。2=（3）2式中：W時窗長度（ns）；2加權(quán)系數(shù)，一般取22.5，目標(biāo)深度越小，加權(quán)系數(shù)越大；dmax最大檢測深度（m）；v 電磁波在介質(zhì)中的傳播速度（m/ns）。5.2.4掃描樣點數(shù)可按公式（4）確定：4 DB 15/T 26172022=（4）500式中：S 掃描樣點數(shù)；

10、W 時窗長度（ns）；fc天線中心頻率（MHz）；k 掃描樣點數(shù)調(diào)整系數(shù)，根據(jù)天線中心頻率調(diào)整，一般取610。6檢測準(zhǔn)備及環(huán)境要求前期資料調(diào)查前期資料調(diào)查主要包括如下內(nèi)容：a）檢測區(qū)域路面結(jié)構(gòu)、道路材料信息、交通量等相關(guān)資料；b）檢測區(qū)域近3年內(nèi)路面養(yǎng)護(hù)及維修等相關(guān)信息；c）檢測區(qū)域內(nèi)歷年檢測結(jié)果，重點關(guān)注凍脹、翻漿、裂縫等病害；d）與檢測工作有關(guān)的其他資料，如檢測區(qū)凍土分布等。現(xiàn)場踏勘現(xiàn)場踏勘主要包括如下內(nèi)容：a）現(xiàn)場校核檢測路段內(nèi)的車道數(shù)與坐標(biāo)控制點；b）記錄檢測路段內(nèi)對檢測工作有影響的環(huán)境干擾因素。檢測環(huán)境要求檢測環(huán)境包括如下要求：a）檢測環(huán)境溫度（空氣溫度）應(yīng)在-3040范圍內(nèi)；b）待

11、測道路應(yīng)保證路面清潔、平整，無大塊凸起物；c）檢測過程中應(yīng)遠(yuǎn)離電磁信號干擾較強(qiáng)區(qū)域；d）待測路面無明顯積水，無降雨、降雪及沙塵干擾。7檢測程序系統(tǒng)標(biāo)定系統(tǒng)標(biāo)定主要包括如下內(nèi)容：a)測距輪標(biāo)定：選取平整、無坡度路面，在路面上劃定一定距離區(qū)間，承載車行駛至起點，點擊軟件界面中“開始標(biāo)定”按鈕，承載車沿直線行駛至終點，點擊軟件界面中“標(biāo)定完成”按鈕，輸入實際承載車行駛距離，完成標(biāo)定工作。標(biāo)定距離應(yīng)不小于100 m，誤差應(yīng)不大于2。當(dāng)承載車胎壓變化明顯或日平均氣溫變化超過15時，應(yīng)重復(fù)此項標(biāo)定；b)檢測不同結(jié)構(gòu)或材料的公路路基路面時，應(yīng)標(biāo)定公路材料相對介電常數(shù)或電磁波傳播速度。標(biāo)定段長度20 km，標(biāo)

12、定點位個數(shù)不少于4個，標(biāo)定段內(nèi)相對介電常數(shù)取平均值。公路結(jié)構(gòu)層含水率變化較大、路表病害較多時，應(yīng)適當(dāng)增加標(biāo)定點數(shù)。標(biāo)定方法包括金屬薄板法、鉆芯實測法、共中點法，具體操作及計算方法見附錄B。5 DB 15/T 26172022現(xiàn)場檢測現(xiàn)場檢測主要包括如下步驟：a)按照使用說明中的安裝方法將雷達(dá)主機(jī)、雷達(dá)天線、拆卸式支架、采集觸發(fā)設(shè)備、定位設(shè)備等安裝牢固，雷達(dá)天線應(yīng)安裝于承載車后方，天線懸空高度見表2。天線支架周圍應(yīng)配備警示燈、反光條帶、警示牌。檢查連接線安裝無誤后開機(jī)預(yù)熱，預(yù)熱時間不應(yīng)少于使用說明規(guī)定的時間；打開數(shù)據(jù)采集軟件，進(jìn)行探地雷達(dá)系統(tǒng)試運行，檢查雷達(dá)系統(tǒng)與承載車的運行狀況，設(shè)定數(shù)據(jù)采集模

13、式。公路材料相對介電常數(shù)數(shù)據(jù)采集選擇共中點采集模式；公路層厚、病害數(shù)據(jù)采集選擇常規(guī)采集模式；b)c)d)e)f)根據(jù)雷達(dá)天線寬度、檢測目的、測區(qū)地形、工程地質(zhì)情況提前布置測線，應(yīng)做到行車道全覆蓋。測線應(yīng)沿車道前進(jìn)方向布設(shè)，測線間距應(yīng)不大于三維雷達(dá)天線陣列0.5倍寬；雷達(dá)檢測車行駛速度應(yīng)根據(jù)雷達(dá)天線頻率調(diào)整，天線頻率越低，雷達(dá)系統(tǒng)行駛速度越低（見表2）。雷達(dá)天線頻率推薦值見表1；記錄檢測區(qū)域起點位置與終點位置，檢測過程中記錄路表病害位置信息，如路面坑槽、結(jié)冰、融沉、修補(bǔ)等；檢測結(jié)束后，操作人員應(yīng)檢查數(shù)據(jù)文件，要求文件完整，內(nèi)容正常，否則重新檢測。表2行駛速度、懸空高度選定表中心頻率（MHz）28

14、00320023002800130023009001300帶寬（GHz）行駛速度（km/h）3080懸空高度（cm）30603.03.52.63.01.52.61.01.50.61.02030103040010002010復(fù)測驗證復(fù)測驗證為前期檢測分析的補(bǔ)充工作，復(fù)測驗證比例不少于異常信號區(qū)總數(shù)的10%。為了消除外界環(huán)境、定位信號對雷達(dá)探測的影響，對雷達(dá)探測信號異常區(qū)域進(jìn)行復(fù)測驗證。宜對道路結(jié)構(gòu)層脫空、道路結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫、路基土疏松、融沉、空洞等影響公路服役性能的缺陷進(jìn)行鉆孔驗證等試驗，達(dá)到準(zhǔn)確核實路基路面內(nèi)部缺陷的目的。8數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)處理8.1.1數(shù)據(jù)處理主要包括如下內(nèi)容：a)進(jìn)行零點校正，明

15、確地面反射點的位置；b)對自由連續(xù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行水平距離歸一化處理；c)根據(jù)需要選取增益、頻率濾波、背景去噪反褶積、偏移歸位、空間濾波、數(shù)據(jù)平滑、地形校正等處理方法；d)e)f)在數(shù)據(jù)處理各階段均選擇頻率濾波，消除某一頻段的干擾波；用反褶積壓制多次反射波干擾，反射子波宜是最小相位子波；用空間濾波的有效道疊加或道間差方法，提高異常信號的連續(xù)性、獨立性和可解譯性；6 DB 15/T 26172022g)在其它方法處理完后，改變反射信號的振幅特征。8.1.2探地雷達(dá)數(shù)據(jù)處理包含數(shù)據(jù)預(yù)編輯、數(shù)據(jù)預(yù)處理、常規(guī)處理、高級處理、解釋處理，雷達(dá)數(shù)據(jù)流程應(yīng)符合JGJ/T 437中的規(guī)定。數(shù)據(jù)解譯8.2.1數(shù)據(jù)解

16、譯主要包括如下內(nèi)容：a)用于成果解釋的雷達(dá)圖像清晰、信噪比高，解釋成果應(yīng)采用專業(yè)語言描述；根據(jù)信號的同相軸及振幅、相位和頻率等屬性特征提取異常信號；結(jié)合現(xiàn)場記錄和調(diào)查資料，排除干擾異常；b)c)d)路基路面異常信號解釋需結(jié)合路面變形、結(jié)冰情況、歷史沉陷等調(diào)查資料及測區(qū)地質(zhì)及天氣資料；e)f)路基路面內(nèi)部異常體位置、范圍和規(guī)模，結(jié)合無異常雷達(dá)信號相鄰測線雷達(dá)剖面圖像對比分析確定；雷達(dá)剖面圖像上應(yīng)標(biāo)明路基路面內(nèi)部異常信號的位置。探地雷達(dá)數(shù)據(jù)分析流程包括異常目標(biāo)提取、干擾異常識別、路基路面異常信號確定以及異常信8.2.2號解釋，具體分析流程應(yīng)符合JGJ/T 437中的規(guī)定。9報告編寫報告編制應(yīng)符合如

17、下要求：a)b)報告編寫應(yīng)根據(jù)任務(wù)書、設(shè)計書及有關(guān)文件進(jìn)行；成果報告應(yīng)在系統(tǒng)收集、分析、整理工作區(qū)的路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程地質(zhì)等有關(guān)資料的基礎(chǔ)上編寫；c)d)成果報告應(yīng)包含復(fù)測驗證結(jié)果；成果報告應(yīng)章節(jié)合理、內(nèi)容全面、重點突出、立論有據(jù)、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)文字簡練、圖文并茂、結(jié)論明確；e)報告附圖、附件應(yīng)目的明確、配置合理、美觀整潔。報告主要包括以下內(nèi)容：a)工程概況；b)c)d)e)f)g)h)工作依據(jù)；工作技術(shù)方法；工作量完成情況及質(zhì)量評述；檢測結(jié)果；結(jié)論與建議；附圖、附表；附表（附錄C）。7 DB 15/T 26172022AA附錄 A（規(guī)范性）常見材料相對介電常數(shù)常見道路工程相關(guān)材料相對介電常數(shù)如

18、表A.1所示。表A.1常見材料相對介電常數(shù)材料空氣淡水冰相對介電常數(shù)物質(zhì)材料相對介電常數(shù)3101瀝青混凝土水泥混凝土土81415344589420瀝青玄武巖水泥46石灰?guī)r48注：瀝青混凝土、水泥混凝土、土為多空隙材料。材料介電常數(shù)與空隙度成反比，與空隙含水率成正比。路面材料空隙與含水率計算可按照J(rèn)TG E42，土工材料空隙與含水率計算可按照J(rèn)TG 3430。8 DB 15/T 26172022BB附錄 B（規(guī)范性）公路材料相對介電常數(shù)標(biāo)定B.1金屬薄板法B.1.1將三維探地雷達(dá)系統(tǒng)按照7.2a方式連接并預(yù)熱。將長寬不小于33 m，厚度不小于5 mm的金屬板放置于待測道路，設(shè)定數(shù)據(jù)采集模式為常規(guī)

19、采集模式，將雷達(dá)天線陣列懸空置于金屬板上方測得金屬板反射振幅Ap。將金屬板移除，將雷達(dá)天線陣列懸空置于相同位置，設(shè)定數(shù)據(jù)采集模式為常規(guī)采集模式，天線陣列懸空置于金屬板上方測得公路面層反射振幅Ar。B.1.2利用公式（B.1）、（B.2）計算公路面層材料相對介電常數(shù)。1+=（B.1）（B.2）1=式中：R 電磁波在不同介質(zhì)界面的反射系數(shù)；Ar公路面層反射波振幅；Ap金屬板反射波振幅。B.1.3金屬薄板法僅適用于空氣耦合探地雷達(dá)天線，且僅能測得公路面層材料相對介電常數(shù)。B.2鉆芯實測法B.2.1將三維探地雷達(dá)系統(tǒng)按照7.2a的方式連接并預(yù)熱。設(shè)定數(shù)據(jù)采集模式為常規(guī)采集模式，將雷達(dá)天線陣列置于待測道

20、路，測得公路路基路面電磁波反射時間t。在相同位置按照J(rèn)TG 3450描述的方法鉆取公路路基路面芯樣，量取面層、基層等厚度d。B.2.2電磁波在芯樣內(nèi)部傳播雙程時間t可直接從探地雷達(dá)圖像獲取，按照公式（B.3）可計算得到材料相對介電常數(shù)。2)（B.3）0.32= (式中：t雙程旅行時間（ns）；d標(biāo)定目標(biāo)厚度（cm）。B.2.3鉆芯實測法能夠測得公路路基路面任意相對介電常數(shù)，但是結(jié)果代表性較差。B.3共中點法B.3.1將三維探地雷達(dá)系統(tǒng)按照7.2a的方式連接并預(yù)熱。設(shè)定數(shù)據(jù)采集模式為共中點采集模式，將雷達(dá)天線陣列置于待測道路，由雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件自動識別各結(jié)構(gòu)層分界線，即可得到雷達(dá)波在各層的雙程走時及時間差，進(jìn)而計算公路結(jié)構(gòu)層各層材料的介電常數(shù)。B.3.2