短脉冲雷达测试路面厚度方法

短脉冲雷达测试路面厚度方法
 
JTG 3450—2019《公路路基路面现场测试规程》中T 0913-2019 短脉冲雷达测试路面厚度方法

1 适用范围
1.1 本方法适用于采用短脉冲雷达测试沥青路面面层厚度。
1.2 本方法不适用于潮湿路面或用富含铁矿渣集料等介电常数较高的材料铺筑的路面。
2 仪具与材料技术要求
短脉冲雷达测试系统由承载车、发射天线、接收天线和控制单元等组成，其主要技术要求如下：
（1）距离标定误差不大于0.1%。
（2）最小分辨层厚不大于40mm。
（3）系统测量精度要求如表T 0913-1。

测量深度       测量误差允许范围
H＜100mm           ±3mm
H≥100mm         ±(3%H)mm
（4）天线：采用空气耦合方式，带宽能适应所选择的发射脉冲频率。
3 方法与步骤
3.1 准备工作
（1）测试前应收集设计图纸、施工配合比等资料，以合理确定标定路段。
（2）按要求进行距离标定。
（3）将天线安装牢固，用连接线连接主机，并按要求开机预热。
（4）将金属板放置在天线正下方，启动控制软件，完成测试系统标定。
（5）根据不同的测试目的，设置控制软件的采样间隔、时间窗、增益等参数。
3.2 测试步骤
（1）开启安全警示灯，将天线正下方对准起点，启动软件测试程序，缓慢加速承载车到正常测试速度。
（2）测试过程中，操作人员应标记测试路段内的桥梁、隧道等构造物的起终点。
（3）测试过程中，承载车每隔一定距离应完全停下，在采集软件上做标记，雷达图像应界面清晰、容易辨识且没有突变，同时在地面上找出雷达天线中心所对应的位置，做好标记；按本规程T 0912 的方法在标记处钻取芯样并量测芯样高度；将现场钻取的芯样高度与雷达采集软件的结果进行对比，得出芯样的波速；将该标定路段的芯样波速平均值输入测试程序；每个波速标定路段钻芯取样位置应均匀分布，取样间距不宜超过5km，芯样数量应足以保证波速标定结果的代表性和准确性。
（4）当承载车到达测试终点后，停止采集程序。
（5）操作人员检查数据文件，文件应完整，内容应正常，否则应重新测试。
（6）关闭测试系统电源，结束测试。
4 数据处理
4.1 由雷达波识别软件自动识别各层分界线，得到雷达波在各层中的双程走时Δt。根据该双程走时以及电磁波在路面材料中的传播速度，按照式（T 0913-1）计算面层厚度。
?? （T 0913-1）
式中：T——面层厚度，mm；
v ——电磁波在路面材料中的传播速度（mm/ns）；
Δt——雷达波在路面面层中的双程走时时间（ns）。
4.2 按照本规程附录Ｂ的规定，计算一个测试路段的厚度平均值、标准差，并计算厚度代表值。
5 报告
本方法应报告如下技术内容：
（1）测试路段信息（起止桩号、路面结构层材料类型等）。
（2）电磁波在路面材料中的传播速度、面层厚度。
（3）测试路段的厚度平均值、标准差、代表值。

条文说明

  采用本方法测试路面厚度时，短脉冲雷达天线频率是影响测试效果的重要因素，建议根据被测路面的标称厚度选择适当频率的天线。一般情况下，当被测路面标称厚度小于10cm 时，通常选用频率不小于2GHz 的雷达天线；标称厚度为（10～25）cm 时，通常选用频率不小于1.5GHz 的雷达天线；标称厚度大于25cm 时，通常选用频率不小于1GHz 的雷达天线。
  本次修订调整了测试系统技术要求及测量误差精度要求，与该设备的计量检定规程JG(交通)124－2015《公路断面探伤及结构层厚度探地雷达》保持一致。
  本次修订删除了测试系统的工作温度要求。主要考虑我国南北气温差异较大，工作温度要求不仅不利于设备适应能力水平的提高，还不易满足南北测试工作的需求，况且从目前雷达测试系统在我国的应用情况看，各种品牌的测试系统均表现出一定的温度适应性，能够满足测试需求，对工作温度的要求无实际意义。
  为了准确计算出路面厚度，需要尽量准确地得到路面材料的介电常数或者雷达波在材料中的传播速度。已知被测材料介电常数，一般按公式（T 0913-2）计算电磁波在其中的传播速度：rv c? （T 0913-2）
式中： v ——电磁波在介质中的传播速度（mm/ns）；
c——电磁波在空气中的传播速度，取300mm/ns；
εr——介质的相对介电常数。
  然而，介电常数（或波速）随着路面结构设计厚度、集料类型、沥青产地、混合料类型、施工水平、密度以及湿度等的变化而不同，因此，测试时一般应通过现场钻芯取样的方式标定波速，且应根据上述因素的差异，确定合理的波速标定段落长度和钻芯取样数量，确保波速标定结果的代表性及准确性。波速标定段落长度一般不宜大于20km，同一标定段落内，根据有关单位积累的检测经验，一般情况下芯样个数在3 个以上时基本能保证波速标定结果的代表性和准确性。部分常见材料的相对介电常数范围见表T 0913-2，可作为波速标定时的参考。
表T 0913-2 部分常见材料的相对介电常数参考范围

介质类型    相对介电常数范围
空气            1
水             81
普通水泥混凝土        4-15
沥青混凝土           3-10
干砂               3-6
石灰岩              7-9

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