地质雷达技术在交通工程中的实用性

前言：本站为你精心整理了地质雷达技术在交通工程中的实用性范文，希望能为你的创作提供参考价值，我们的客服老师可以帮助你提供个性化的参考范文，欢迎咨询。

作者：王兴舟王达亮李晓红单位：吉林省公路工程质量监督站吉林省交通科学研究所

地质雷达技术是近年来发展得非常迅速的一项探测技术，以其高分辨率和高工作效率正逐渐成为地下隐蔽工程调查的一种有力工具。随着信号处理技术和电子技术的发展以及实践操作经验的丰富积累，地质雷达技术不断发展，地质雷达仪器不断更新，应用范围不断扩大，现已广泛应用于工程地质勘察、建筑结构调查、无破损检测、水文地质调查、生态环境等众多领域。

1地质雷达原理及特点

地质雷达(脚udprobing/pentratingradar，简称GPR)，是一种对地下的物体内不可见的目标体或界面进行定位的电磁技术。其工作原理是:高频电磁以宽带脉冲形式，通过发射天线被定向送入地下，经存在电性差异的地下地层或目标反射后返回地面，由接收天线所接收。高频电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性特征及几何形态而变化。故通过对时域波形的采集、处理和分析，可确定地下界面或地质体的空间位置及结构。长久以来，对埋藏物体的探测是一项使人感兴趣的研究课题。至今没有任何一种单一方法能提供一个十分准确的答案。地质雷达技术作为一种迅速发展、且具有特殊吸引力的方法，主要是由于其具有高分辨率、无破损性和高效率的特点。体向后散射截面因数g，媒介的衰减系数a所决定。在均匀介质中，电磁波传播的波长入与衰减系数a为:（公式略）其中c为电磁波在自由空间的传播速度;ur为介质的相对磁导率;er为介质的相对介电常数;a为导电率;助为自由空间的波阻抗;W为能量衰减系数。磁导率的影响可忽略，则电磁波在介质中的传播仅由介电常数、导电率与波的频率决定，可由能量衰减系数W来表示:（公式略）

2地质雷达的技术参数

2.1地质雷达的探测距离地质雷达所能探测到目的体的深度称为地质雷达的探测距离。当一个雷达系统选定后，地质雷达波在介质中的传播距离R主要由电磁波波长入.目标电磁波的频率越高，它在介质中衰减越快，传播距离越短;当电磁波的频率一定时，介质的相对介电常数越大，电导率较大时，地质雷达波会很快衰减，传播距离短，地质雷达的探测深度浅。反之，介质的相对介电常数较小，导电率也较小，地质雷达波衰减慢，传播距离远，地质雷达探测的深度较深。

2.2地质雷达的分辨率分辨的定义是分辨最小异常体的能力。分辨率可分为垂直向分辨率与横向分辨率。垂直向分辨率是指雷达剖面上所能够区分一个以上反射界面的能力。理论上可把雷达天线主频率波长的1/8作为垂直分辨率的极限，但由于外界干扰等因素，一般把b二入/4作为垂直向分辨率的下限，当地层厚度b小于入/4时，复合反射波波形变化很小，其振幅正比于地层厚度，这时已无法从时间剖面上确定地层厚度。水平分辨率是指地质雷达在水平方向上所能分辨的最小异常体的尺寸，根据波的干涉原理，水平分辨率通常为:式中入为雷达子波的波长;h为异常体的埋藏深度。

3地质雷达技术在工程中的应用

3.1地质雷达技术在工程地质勘察中的应用在桥梁和隧道设计、施工时，详细了解地下水情况、岩面的起伏、破碎带的发育具有重要意义。传统的工程钻探方法费时、费力，同时采集的数据有限，不能全面了解某个地区的工程地质情况，特别是在地下水丰富、岩面起伏剧烈，破碎带又相对发育的地区，实践证明单纯依靠工程钻探往往会产生较大的偏差，显然不能满足工程设计和施工的要求。结合钻探，地质雷达能给出整个工区的剖面图，使我们能较全面的了解整个工区的工程地质情况。

3.2地质雷达技术在桥梁工程中的应用静压预制桩若施工不好，会造成桩身的倾斜，影响到桩的承载能力，施工后桩身倾斜性的检验，可以通过地质雷达进行，效果良好。地下连续墙损坏后，对其质量的评价也可用地质雷达进行检测。在存在流砂层的地区进行深层基础施工时如果施工质量不好，在施工过程中造成大量地下水渗流，带走大量粉砂，造成基坑旁侧产生地下空洞，从而使周围下沉，甚至导致基坑坍塌事故。在基坑开挖过程，除进行地面沉降和地下水位观测外，用地质雷达在基坑周边进行探测，可以及时发现地下空洞，消除隐患。大口径钻孔灌注桩作为桥墩基础越来越引起重视，由于钻孔灌注桩截面积越大，承受荷载越大，故对其质量要求严格。钻孔灌注桩在桥梁工程中的质量控制是从对采用的钢筋、水泥、骨料等原材料的质量控制到竣工后的质量验收全过程均形成了规范。在质量验收时往往采用反射波或机械阻抗法检测桩基完整性，但无法检测桩基钢筋笼的布置情况，钢筋属于低阻抗体，吸收系数大，反射强度亦大，波形粗黑，用低频探头可以探测出钢筋笼的布设情况和桩的长度。

3.3地质雷达技术在公路工程质量检测方面的应用近年来，我国高等级公路建设事业突飞猛进，原有钻探取芯或开挖抽样的公路质量检测方法不仅效率低，代表性差，而且对路面有损坏，为此极需发展一种快速、简便有效的无损检测技术。地质雷达可以满足这种要求。

3.3.1公路路面厚度检测路面厚度检测是公路检测的主要内容之一，高等级公路路面厚度0.2一0.3m，这就要求公路路面厚度检测有很高的分辨率，厚度检测误差小于0.01mo当介质厚度大于子波波长的l/4时，可以认为能被地质雷达分辨出。一般机场和公路路面为水泥混凝土或沥青混凝土，电磁波传播速度约为0.1-0.12m/ns，从而可以换算出用于检测0.Zm厚度以上路面精度<0.olm，地质雷达应使用gooMHz以上的中心探头。目前地质雷达已有2200MHz的探头，其天线的信号脉冲宽度为0.42ns，波长小于scm，分辨率为1.25cm，完全满足测试精度的要求。

3.3.2路基与路面病害的调查公路在修筑过程中已对路基进行处理，随着公路投人使用、路基经历压实或其它外来扰动的影响，使原来轻弱地基发生变化，承载力不足，使路基产生过量沉降，形成空洞、暗穴，有时局部还会产生滑坍等;面层在行车荷载的反复作用和自然风化因素的影响下，会逐渐出现损坏，形成路面沉陷、车辙、推移、开裂等;另外，由于公路结构层透水问题使局部积水，产生软弱体或软弱层等病害。公路病害形成的原因是多方面的，有本身质量原因，也有外界自然作用原因，同时路基病害与路面病害不是独立形成的，两者相互作用，相互影响，在公路病害调查中，查明“病因”十分重要。用钻芯取样法调查速度慢，仅能以点带面，取得的资料代表性差、不全面。用雷达可以非常迅速的探测出路面各层及路基情况，绘出整段路基、路面的剖面图，直观的反映出路基、路面的损坏程度、范围，以及是否有脱空、积水现象，为维修和养护提供资料。

3.4地质雷达技术在隧道检测中的应用在隧道建设中，所面临的质量问题如欠挖、超挖、衬砌厚度不足、衬砌后有空洞、积水等。传统检测方法大都采用破损检测，检测频率不够，同时会造成新的质量隐患，地质雷达可以提供一种高效、全方位、准确的无破损检测手段。用中频雷达探头可以定量地探测出隧道的衬砌厚度、钢筋网、钢拱架，以及衬砌后脱空、积水情况，为维护提供详细资料。

4结束语

地质雷达在我国交通行业应用已有十年的历史，这是一种很有前景的无损、省时、有效的检测方法，地质雷达在我国交通行业必将有更广范的应用。