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3DR探地雷達道路結構質量分析評價系統是一款能大面積快速獲取道路結構屬性、分析介電參數的自動化分析系統。它不僅能有效降低檢測機構獲取道路材料特性的成本、提高檢測效率，更能讓檢測機構對檢測目標地下信息形成一個完整的體系，大幅度降低人為經驗對檢測結果的干擾。

1. 系統簡介

道路結構質量分析評價系統基于挪威3D-Radar GeoScope^TM 探地雷達系統和車載陣列式天線設計開發。與常見的剖面式掃描不同，該系統基于CMP（共中點）掃描。它通過設置在陣列中心兩側成對天線收發電磁波的方式和自主研發的算法模型，得到道路面層與基層的反射面的介電屬性、層面的準確厚度、層密實度（空隙率）信息。

圖 1.1 剖面掃描和CMP掃描

基于常年道路觀測的數據與經驗，系統還可進一步對道路結構總體質量以及分布情況做出判斷，并自動生成相關報表。

圖1. 2 分析軟件結果和報表

2. 介電常數與道路結構質量的關系

道路結構的介電常數分布情況與道路結構質量存在密不可分的關系。作為一種發射電磁波并記錄往返時間的較高精度設備，探地雷達電磁波往返時間的長短不僅受到結構層本身厚度的影響，還受到材料介電常數的影響。

表2.1 常見道路結構物質參數列表

介質	相對介質常數	電導率（ms/m）	傳輸速度（m/ns）	衰減系數（dB/m）
空氣	1	0	0.3	0
水	80	0.5	0.033	0.1
砂巖	6	0.04	/	/
灰巖	4-8	0.5-2	0.12	0.4-1
花崗巖	4-6	0.01-1	0.13	0.01-1
混凝土	4-20	1-100	0.11-0.12	/
粘土	5-40	2-1000	0.06	1-300

當道路結構完好的時候，面層和基層的相對介電常數基本維持在4-20之間，電磁波在道路結構內部的傳播速度只有在空氣中傳播的一半甚至四分之一。

圖2.1 帶病害結構層的電磁波傳播路徑

當結構層出現疏松、空隙、空洞等病害時，如果其內部填充的是空氣，會使電磁波波速在病害區域受到的介質影響要小于沒有病害結構層的介質影響，最終病害結構層的相對介電常數低于周圍介質，電磁波傳播速度高于周邊正常結構。

而當病害內部填充水，或者介質層含水率較高時，電磁波波速受到的影響要大于沒有水的結構層影響，從而病害結構層相對介電常數高于周邊介質，電磁波傳播速度小于周邊正常結構。

圖2.2 常見道路基層介電常數與質量判別

總之，當結構層內疏松、含空氣量較多時，結構層介電常數向空氣屬性靠攏，使其介電常數降低；當內部含水率較高，結構層介電常數向水方向靠攏，從而使介電常數升高。

3. CMP檢測法在多條道路的應用實驗

系統通過對工業園內部道路、市政道路、高速公路等多類道路檢測實驗發現：同一條道路不同檢測路段間由于地質條件和用料施工水平相近，往往表現在結構層厚度和物理屬性的相似性，但存在一定的波動；不同道路間（包括同一道路的機動車道和非機動車道），由于地質條件和用料施工水平等因素，其結構層厚度和介電參數等物理屬性就會有較大差別。

表3.1 各道路結構層分析結果匯總

測線	長度(m)	面層平均厚度(m)	基層平均厚度(m)	面層平均介電常數	基層平均介電常數
園區道路	102.0	0.09	0.29	4.53	5.55
市政道路1	132.0	0.08	0.24	4.62	4.95
市政道路2 機動車道	58.0	0.23	0.46	5.22	5.91
市政道路2 非機動車道	98.5	0.16	0.33	4.81	5.68
高速公路	58.6	0.22	0.79	5.1	5.74

結合各結構層介電常數的數據，可以定義各結構層相關評價指標。

表3.2 結構層介電常數判別標準

相對介電常數

4.5

6.5

面層（瀝青）

空隙率高

偏高

良好

含水率高

基層

松散（即出現空隙概率高）

偏松散

良好

含水率高

注：當前標準基于現有理論與數據得出，準確評價還需使用者對檢測道路進行適當測量與評估

各類實驗檢測分析結果如圖3.1- 3.4。

圖3.1 工業區道路測線1分析結果

圖3.2市政道路1分析結果

圖3.3市政道路2分析結果

圖3.4高速公路分析結果

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