地質(zhì)雷達(dá)在空洞探測(cè)中的應(yīng)用解決方案

地質(zhì)雷達(dá)在建筑地基的空洞探測(cè)中的應(yīng)用解決方案引言在工程地基勘察設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到各種類型的地下空洞，容易誘發(fā)地基失穩(wěn)和地面建筑的破壞。地下空洞具有隱蔽性高、突發(fā)性強(qiáng)、危害性大和難以預(yù)測(cè)的特點(diǎn)。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)是一種先進(jìn)的測(cè)試技術(shù),是近十余年發(fā)展起來(lái)的地球物理高新技術(shù)方法,以其分辨率高、定位準(zhǔn)確、快速經(jīng)濟(jì)、靈活方便、剖面直觀、實(shí)時(shí)圖像顯示等優(yōu)點(diǎn),備受廣大工程技術(shù)人員的青睞?，F(xiàn)已被廣泛用于各種脫空、空洞、回填不實(shí)等工程質(zhì)量檢測(cè)。技術(shù)原理地質(zhì)雷達(dá)(GroundPenetrationRadar，簡(jiǎn)稱GPR)又稱探地雷達(dá)，是一種淺層高分辨探測(cè)技術(shù)，它利用高頻電磁波以寬頻帶脈沖形式在地面通過(guò)發(fā)射天線送入地下，電磁波在地下傳播過(guò)程中，當(dāng)遇到目標(biāo)體如空洞時(shí)，會(huì)發(fā)生反射并返回地面，被接收天線接收，由于電磁波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑波形與能量會(huì)隨著所通過(guò)介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)不同而變化，因此，通過(guò)對(duì)電磁波反射信號(hào)的旅行時(shí)間即雙程走時(shí)頻率幅度與波形變化等時(shí)頻特征和振幅特征的分析研究，就可以確切了解地下界面或目標(biāo)體的空間位置及形態(tài)。這是一種非破壞性的探測(cè)技術(shù),可以安全地用于城市建設(shè)中的工程場(chǎng)地,并具有較高的探測(cè)精度和分辨率。圖1地質(zhì)雷達(dá)的工作原理示意圖圖1中T為發(fā)射天線,R為接收天線,電磁波在地下介質(zhì)中遇到目標(biāo)體和基巖時(shí)發(fā)生反射,信號(hào)返回地面由天線R接收并記錄,通過(guò)主機(jī)的回放處理,就可以得到雷達(dá)記錄的回波曲線(如圖2所示)。圖2地質(zhì)雷達(dá)記錄的回波曲線圖2中橫坐標(biāo)的單位為m，橫坐標(biāo)代表地表面的探測(cè)距離，在地表面均勻打點(diǎn)可以得到相應(yīng)點(diǎn)位的地下介質(zhì)分布情況；縱坐標(biāo)代表的是電磁波從發(fā)射到遇見地下目標(biāo)體或基巖時(shí)反射回地面并被儀器接收所需要的時(shí)間。有了雷達(dá)記錄的雙程反射時(shí)間即可公式（1）算出該界面的埋藏深度H：（1）其中，t為目標(biāo)層雷達(dá)波的反射時(shí)間；c為雷達(dá)波在真空中的傳播速度（0.3m/ns);εr布置方案圖3剖面法測(cè)線布置示意圖實(shí)際應(yīng)用中，地質(zhì)雷達(dá)一般采用剖面法采集方式。即將地質(zhì)雷達(dá)的發(fā)射天線（T）和接收天線（R）以固定間距沿測(cè)線方向同步移動(dòng)，逐點(diǎn)發(fā)射接收。并根據(jù)勘查的地質(zhì)情況，選擇最佳的天線中心頻率，并合理設(shè)置測(cè)量參數(shù)，包括采樣點(diǎn)數(shù)、記錄長(zhǎng)度、掃描速度、介電常數(shù)等測(cè)量參數(shù)。這種采集記錄方式能夠準(zhǔn)確反映測(cè)線下方各反射界面的形態(tài)。工程案例某建筑工程在基坑開挖和CFG樁施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)地層中存在空洞。為確保地基的安全和可靠性，因此采用地質(zhì)雷達(dá)在選定的重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)尋找異常部位，然后采用鉆探開挖手段進(jìn)行確認(rèn)驗(yàn)證，最終圈出空洞的分布范圍。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，分別采用井字形與往返方式布設(shè)測(cè)線，共布設(shè)測(cè)線34條，采用100MHz天線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，測(cè)量參數(shù)設(shè)置為介電常數(shù)6，采樣點(diǎn)數(shù)512，記錄長(zhǎng)度250ns，每次掃描數(shù)16，發(fā)射率50KHz。由于地下空洞與其周圍介質(zhì)間存在較大的物性差異，空洞界面造成雷達(dá)反射波同相軸不連續(xù)，使連續(xù)記錄的波形形成雙曲線形態(tài)，而穿過(guò)空洞的雷達(dá)波形顯得雜亂，能量甚至損失殆盡，因此可以據(jù)此特征可大致判斷空洞的存在。圖4為47號(hào)測(cè)線的地質(zhì)雷達(dá)剖面圖，從圖中可以看出，47號(hào)測(cè)線長(zhǎng)18m，距離起始點(diǎn)16m