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路面结构内部病害检测即将进入“三维探地雷达”时代

更新时间:2026-08-17点击次数:75

路面结构内部病害检测即将进入“三维探地雷达"时代

新版《公路技术状况评定标准》

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2026年7月20日,中国工程建设标准化协会公路分会发布了新版的《公路技术状况评定标准》(征求意见稿),其中最重要的一个变化就是增加了路面结构损坏状况指数技术指标,建议使用三维探地雷达来检测“脱空",“富水",“疏松",“结构性裂缝",“层间粘接不良"和“沉陷"六大类型的病害。

《公路技术状况评定标准》作为我国公路工程养护领域最重要的核心标准,旨在解决公路状况测什么,怎么测,怎么评,怎么用的核心问题。因此,新增参数“路面结构损坏状况指数PSDI"和新增设备“三维探地雷达"在行业内具有重要的指引作用。



三维探地雷达




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图1:CiCS路况综合检测车集成KONTUR步进频率超宽带三维探地雷达


实质上,三维探地雷达用于路面结构内部病害的检测已经在我国推广应用近20年,交通运输部公路科学研究院早在2010年就购买了挪威3D-Radar公司(已经更名为KONTUR)的步进频率三维探地雷达开始早期探索。在后续的近20年中,三维探地雷达的技术也经历了跨越式的发展,设备的硬件性能和便利性,软件功能的先进性和丰富性也都取得了大幅度的进步。如今,三维探地雷达已经与多功能路况综合检测车(CiCS)和交通速度弯沉仪(TSD)成功整合,实现了路面结构表面和内部的一次性高速三维检测能力。


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挪威KONTUR公司(包括其前身3D-Radar公司)早在2001年就开始三维探地雷达的研发,与世界上大部分传统探地雷达制造商不同的是:KONTUR的三维探地雷达自发明的第一天起,就以其创新的“步进频率"技术为基础,专注于“道路工程①"的测试应用。

“道路工程"研究机构也几乎都选择了KONTUR的“步进频率"三维探地雷达开展相关的研究。部分单位包括:

美国联邦公路局FHWA

美国德克萨斯农工大学交通研究所TTI

德国联邦公路研究院BAST

英国交通运输实验室TRL

澳大利亚公路研究院ARRB

中公高科养护科技有限公司

华南理工大学

哈尔滨工业大学

长沙理工大学

同济大学

山东省交通科学研究院

浙江省交通运输科学研究院

广东华路交通科技有限公司

山东高速工程检测有限公司

……


注释:

征求意见稿第5.4条的条文说明中强调:“对于路基内部或路基与路面结构层之间形成的空洞等病害,因其成因、检测方法、评价体系及处治措施均与路面结构损坏存在本质区别,属于路基工程范畴,故不列入本标准的损坏类型之中。"


图2:在CiCS尾部集成KONTUR高分辨率天线G1820的实物效果


如图2所示,KONTUR的G1820型天线因为其紧凑型的设计可以集成到CiCS多功能路况综合检测车的尾部下方。这种方案使得KONTUR步进频率三维探地雷达(30~4500)MHz超宽频带在道路结构层内具有高分辨率的特点得以发挥,成为路面结构损坏测试的解决方案。




路面结构内部病害的雷达图像实例




针对《公路技术状况评定标准》(征求意见稿)的要求,以下以KONTUR三维探地雷达6组实测数据让大家更直观的理解6种路面结构内部病害的雷达图像到底是什么样的。



脱空


图3:脱空的雷达图像和现场钻孔验证照片


图3是路面基层与底基层之间脱空的雷达图像示例(左)和现场钻孔验证的照片(右)。识别脱空,首先从雷达图的纵断面查看结构层强反射信号,其次看该层位的水平切片图,病害形状为不规则,再查看波形(A扫描),脱空的‌A扫描波形应为“正-负-正",在纵断面(B扫描)就是“白-黑-白",如图3所示。



层间粘接不良


图4:层间粘接不良的雷达图片水平面视图示例


挪威KONTUR的步进频率三维探地雷达的主要应用之一就是检测层间粘接不良的问题。美国SHRP 2.0研究项目中的R06D课题《Nondestructive Testing to Identify Delaminations Between HMA Layers》就是基于挪威KONTUR的步进频率三维探地雷达完成的。

图4和5是在旧沥青路面上加铺一层(3~4)cm厚度的沥青罩面,在(3~4)cm深度的水平切片上可以发现不规则的强反射区域,即在这些位置发生了层间粘接不良的问题。



层间粘接不良


挪威KONTUR的步进频率三维探地雷达的主要应用之一就是检测层间粘接不良的问题。美国SHRP 2.0研究项目中的R06D课题《Nondestructive Testing to Identify Delaminations Between HMA Layers》就是基于挪威KONTUR的步进频率三维探地雷达完成的。


图4:层间粘接不良的雷达图片水平面视图示例


图5:层间粘接不良的三视图界面


图4和5是在旧沥青路面上加铺一层(3~4)cm厚度的沥青罩面,在(3~4)cm深度的水平切片上可以发现不规则的强反射区域,即在这些位置发生了层间粘接不良的问题。


图6:沥青面层和混凝土面板之间的层间粘接不良


图6是另一种常见的情况,水泥路面白改黑时,在混凝土面板和沥青面层之间发生的粘接不良。先从纵断面看面层与混凝土板层间有强反射信号,再查看该深度的水平切片,层间不良的非规则形状,大致可判断为层间不良,后期通过钻芯验证了我们的判断是正确的。



富水


图7:富水的雷达图谱示例


富水形式的病害,首先可以在雷达纵断面上看到结构层内的强反射信号,其次看该层位的水平切片图,病害形状为不规则,再查看波形(A扫描),富水的‌A扫描波形应为“负-正-负",在纵断面(B扫描)就是“黑-白-黑",如图7所示。



疏松


图8:松散型病害的雷达三视图示例


道路结构内部的松散问题,可以通过雷达纵断面(B扫描)轻松判断,松散区在雷达图像上呈高频杂波,与密实部分截然不同。如图8所示。



结构性裂缝


图9:基层的横向裂缝和纵向裂缝


结构性裂缝是指贯穿或深及结构层的开裂,包括反射裂缝、疲劳裂缝等。以下给出几种常见开裂形式的裂缝雷达图谱示例。

检测裂缝首先从纵断面(B扫描)开始,看结构层界面是否清晰连续,也有些横向裂缝会在层界面出现明显的双曲线波形,在纵断面上很容易识别。发现不连续或双曲线波形的地方,用鼠标点击,查看水平切片图(C扫描),如果是横向裂缝或纵向裂缝,便会有连续的线性特征。图9是基层的横向裂缝和纵向裂缝示例。


图10:沥青面层内的裂缝


面层内部的裂缝,往往发生在上面层与中面层,中面层与下面层的层间,但上面层,中面层和下面层的介电常数相差不大,层位线有时很不清楚,或就是无反射。所以面层内部裂缝从水平切片图查看不规则线性影像。如图10所示,通过水平切片可以看到7cm深度的内部裂缝。通过取芯,也验证了判断的正确性。


图11:路表横向裂缝三视图


贯穿横向裂缝,必须从纵断面看。在路面表面以及沥青面层和基层的分界面处的垂直方向都有小尖波,或有弱多次波,再看这两个深度的水平切片图,如果横向裂缝形状大致相同,基本可以判断为贯穿横向裂缝。如图11所示,可以看到路面表面具有一条横向裂缝。


图12:面层底部横向裂缝三视图


当移动鼠标滚轮,将深度逐渐切换到沥青层底面处的过程中,仍然可以看到这条横向裂缝,而且方向基本一致。判断此处是一条贯穿沥青面层的横向裂缝。


图13:现场取芯验证照片


在雷达图像上标记取芯验证点位后,回到现场进行取芯,取芯结果(如图13所示)验证了判断正确。



沉陷


图14:沉陷的雷达图谱示例


沉陷是指路基或路面结构产生的竖向变形,层间出现相对位移的现象。沉陷的病害在纵断面图中可以清楚的观察到。如图14所示,路面结构的分层线产生了明显的沉陷现象,最大沉降量约有15cm。

以上的示例仅是挪威KONTUR步进频率三维探地雷达应用的一部分,旨在说明其测试能力覆盖《公路技术状况评定标准》(征求意见稿)的最新要求。

实际上,在过去20年,我们还积累了其他各种应用场景的测试案例,该设备除了适用于高速公路路面结构测试外,同样在桥面铺装,机场道面,路基工程(使用大深度天线阵)的测试应用中取得了大量的研究成果。

欢迎对于其他特殊应用感兴趣的单位随时与我们联系,针对您的需求开展交流。


致谢:佛山道路质监站提供脱空,富水案例!

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