地质雷达在空洞探测中的应用解决方案

地质雷达在建筑地基的空洞探测中的应用解决方案引言在工程地基勘察设计和施工过程中，经常会遇到各种类型的地下空洞，容易诱发地基失稳和地面建筑的破坏。地下空洞具有隐蔽性高、突发性强、危害性大和难以预测的特点。地质雷达探测是一种先进的测试技术,是近十余年发展起来的地球物理高新技术方法,以其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图像显示等优点,备受广大工程技术人员的青睐。现已被广泛用于各种脱空、空洞、回填不实等工程质量检测。技术原理地质雷达(GroundPenetrationRadar，简称GPR)又称探地雷达，是一种浅层高分辨探测技术，它利用高频电磁波以宽频带脉冲形式在地面通过发射天线送入地下，电磁波在地下传播过程中，当遇到目标体如空洞时，会发生反射并返回地面，被接收天线接收，由于电磁波在地下介质中传播时，其路径波形与能量会随着所通过介质的电性质及几何形态不同而变化，因此，通过对电磁波反射信号的旅行时间即双程走时频率幅度与波形变化等时频特征和振幅特征的分析研究，就可以确切了解地下界面或目标体的空间位置及形态。这是一种非破坏性的探测技术,可以安全地用于城市建设中的工程场地,并具有较高的探测精度和分辨率。图1地质雷达的工作原理示意图图1中T为发射天线,R为接收天线,电磁波在地下介质中遇到目标体和基岩时发生反射,信号返回地面由天线R接收并记录,通过主机的回放处理,就可以得到雷达记录的回波曲线(如图2所示)。图2地质雷达记录的回波曲线图2中横坐标的单位为m，横坐标代表地表面的探测距离，在地表面均匀打点可以得到相应点位的地下介质分布情况；纵坐标代表的是电磁波从发射到遇见地下目标体或基岩时反射回地面并被仪器接收所需要的时间。有了雷达记录的双程反射时间即可公式（1）算出该界面的埋藏深度H：（1）其中，t为目标层雷达波的反射时间；c为雷达波在真空中的传播速度（0.3m/ns);εr布置方案图3剖面法测线布置示意图实际应用中，地质雷达一般采用剖面法采集方式。即将地质雷达的发射天线（T）和接收天线（R）以固定间距沿测线方向同步移动，逐点发射接收。并根据勘查的地质情况，选择最佳的天线中心频率，并合理设置测量参数，包括采样点数、记录长度、扫描速度、介电常数等测量参数。这种采集记录方式能够准确反映测线下方各反射界面的形态。工程案例某建筑工程在基坑开挖和CFG桩施工过程中，发现地层中存在空洞。为确保地基的安全和可靠性，因此采用地质雷达在选定的重点区域内寻找异常部位，然后采用钻探开挖手段进行确认验证，最终圈出空洞的分布范围。根据现场实际情况，分别采用井字形与往返方式布设测线，共布设测线34条，采用100MHz天线进行数据采集，测量参数设置为介电常数6，采样点数512，记录长度250ns，每次扫描数16，发射率50KHz。由于地下空洞与其周围介质间存在较大的物性差异，空洞界面造成雷达反射波同相轴不连续，使连续记录的波形形成双曲线形态，而穿过空洞的雷达波形显得杂乱，能量甚至损失殆尽，因此可以据此特征可大致判断空洞的存在。图4为47号测线的地质雷达剖面图，从图中可以看出，47号测线长18m，距离起始点16m