巖土工程檢測中對探地雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用分析研究

趙肖春

【摘要】探地雷達(dá)是簡單的地質(zhì)雷達(dá)，這是一種通過無線電波快速定位并標(biāo)記現(xiàn)場地下介質(zhì)分布的方法。探地雷達(dá)操作簡單，檢測效率高，精度高。探地雷達(dá)技術(shù)利用高頻電磁波反射來檢測地下目標(biāo)的空間位置和結(jié)構(gòu)，并可用于檢測金屬和非金屬物體。本文敘述了探地雷達(dá)的工作特點(diǎn)，闡述了其優(yōu)于傳統(tǒng)探測方法的方面，回顧了探地雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展歷程，分析了探地雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，最終得出探地雷達(dá)組合鉆探技術(shù)可更好實(shí)現(xiàn)檢測的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】巖土工程;探地雷達(dá)技術(shù);應(yīng)用分析

如今擁有了可查看淺層土壤和巖石狀況的新方法——探地雷達(dá)。在一項德國專利中探地雷達(dá)被初次提出，它接收到的信號不僅僅包含距離信息，還能測繪出地下結(jié)構(gòu)。相較于傳統(tǒng)的鉆探方法，這項技術(shù)更簡單，更便于調(diào)查，能用較少的鉆孔查明復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)，有好的前景，探地雷達(dá)技術(shù)現(xiàn)已普遍用于諸多范疇。

1、探地雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展

1904年，Hulsmeyer用電磁波來探測地下的金屬物體;1910年，用探地雷達(dá)技術(shù)來定位埋藏物體由G.letmbach和H.lowy首次提出;1926年，Hulsenbech最先提出用名為脈沖的技術(shù)來確定掩埋介質(zhì)的構(gòu)造，得出任何一種介質(zhì)的改變都會發(fā)生反射;1970年，Harison動身抵達(dá)南極從而探測冰層，獲得了深度至1200m的資料;1974年，UnterbergerR.R進(jìn)行了鹽層探測。

20 世紀(jì)70 年代 開始，眾多國家著手研究早期地質(zhì)雷達(dá)儀器，落實(shí)了在淺層檢測目標(biāo)體的計劃。20 世紀(jì) 90 年代起，很多行業(yè)都運(yùn)用到了探地雷達(dá)。目前在國際上廣泛使用的儀器中心頻率可達(dá)10～1000MHz左右，探測深度則從幾米到五十幾米。

國際上探地雷達(dá)技術(shù)發(fā)展迅猛，而國內(nèi)探地雷達(dá)則晚于國外，理論、技術(shù)在一些高校及研究機(jī)構(gòu)的試驗性雷達(dá)儀器基礎(chǔ)上得到發(fā)展，并且不斷完善。

2、探地雷達(dá)的工作原理及特點(diǎn)

其基本原理是：發(fā)射機(jī)用發(fā)射天線與12.5M至1200M的頻率和0.1ns寬度的波，接收返回地面的波。信號由接收天線輸入接收器中，經(jīng)由示波器，然后放大。

根據(jù)示波器有無反射波，可判斷是不是存在目標(biāo);可用反射信號抵達(dá)的時間以及物體的反射波的平均速度大致算出目標(biāo)的距離。這個工作原理與探測雷達(dá)的相近似，唯有電磁波的傳播介質(zhì)不同。

探地雷達(dá)技術(shù)有四個特點(diǎn)。1.無損勘探。探地雷達(dá)利用無損檢測技術(shù)，可在不損壞地表情況下用電磁波勘探，可以應(yīng)用在城市或施工現(xiàn)場的工程場地。2.有強(qiáng)大的抵抗干擾的能力。可以定向?qū)Φ孛姘l(fā)射，屏蔽地表電磁干擾，在城市種種喧囂中不受影響。3.定位快速準(zhǔn)確。它的中心頻率可以達(dá)到幾千兆赫茲，探測分辨率可以達(dá)到幾厘米，還可直接提供實(shí)時剖面圖。4.靈活便攜。野外操作方便簡單，使用便攜式計算機(jī)控制數(shù)據(jù)的搜集并進(jìn)行處理，便于帶走，可高效采樣，還可快速移動天線。

3、探地雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用分析

中國已有了豐富的研究經(jīng)驗并取得了些許研究成果，累積了比較豐厚的探測方面的經(jīng)驗。

3.1 探地雷達(dá)技術(shù)研究

理論方面，目前在處理信號的問題上，為了更簡便地區(qū)別圖像以及詮釋地質(zhì)，物質(zhì)技術(shù)方面的研究員常運(yùn)用比較先進(jìn)的方法來處理數(shù)據(jù)。例如：可用于處理數(shù)據(jù)的分形、小波分析等[ ]。脈沖電磁波在地下穿過介質(zhì)時，因為探地雷達(dá)收到了較為復(fù)雜的信號，容易使波的圖像和波動程度發(fā)生較嚴(yán)重的改變;當(dāng)產(chǎn)生脈沖余震，系統(tǒng)內(nèi)有干擾甚至地表粗糙時，會造成繞射、散射等的干擾，從而辨別不出真實(shí)的圖像。

3.2組合鉆探技術(shù)和探地雷達(dá)技術(shù)

探地雷達(dá)有很多優(yōu)點(diǎn)。如，分辨率的誤差在5000mh的雷達(dá)波下可達(dá)幾厘米，并在檢測中不會毀壞地下結(jié)構(gòu)。

但高頻的電磁波在地下介質(zhì)中易衰減特征，這對于探測深度有所限制。目前，在淺層能表現(xiàn)地質(zhì)的界面可以運(yùn)用探地雷達(dá)檢測技術(shù)，但在深層次中不可忘卻鉆探這門傳統(tǒng)技術(shù)，二者相組合，方可發(fā)揮大作用。

兩項技術(shù)相結(jié)合，可以避開其中一項的短板。例如某一河谷的階地被侵蝕，以致地勢較別處平坦。在勘測設(shè)計階段完成了鉆探，繪出地層的截面圖和鉆孔的柱形圖，然而，開始施工后，報告顯示的挖掘的情況和現(xiàn)實(shí)的自然地質(zhì)條件有差異。此時采用探地雷達(dá)技術(shù)勘察，現(xiàn)場開挖證實(shí)了探地雷達(dá)的結(jié)論。

傳統(tǒng)的鉆探可以鑒別并且形容土地表層，是以前常用的方法。然而，鉆探技術(shù)也有局限[ ]。它只能看出“點(diǎn)”的方面，孔孔間的分析推斷憑借的是多年的經(jīng)驗以及優(yōu)秀的推測力，但是將兩種技術(shù)組合，把鉆孔資料作為根本，再將探地雷達(dá)作為填充，就可從客觀上全面剖析場地的地質(zhì)條件。

3.3探地雷達(dá)探測技術(shù)的應(yīng)用

探地雷達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域是多種多樣的。該方法已成功用于繪制冰的厚度，湖泊深度，基巖深度，土壤層和地下水位。它也用于解釋巖石的構(gòu)造，檢測空隙和識別巖溶特征。它突出顯示了雷達(dá)在高分辨率下有效確定基巖中土壤地層和裂縫方面的應(yīng)用。

現(xiàn)我國具有多個探地雷達(dá)，幾乎所有部門均擁有它。工程技術(shù)職員在各自的工作領(lǐng)域中進(jìn)行了更深層次、更系統(tǒng)、更全面的研究，隨著更深入的研究，可以使這項技術(shù)的運(yùn)用范圍更加廣闊，使我國的探測水平更加先進(jìn)。

3.3.1邊坡工程中應(yīng)用探地雷達(dá)技術(shù)

由于工程規(guī)模的加大，很多高陡邊坡顯現(xiàn)出來，滑坡現(xiàn)象時有發(fā)生，而滑坡每年都會給我國帶來財產(chǎn)損失。因此，對個人、對村莊、對國家，都有研究邊坡的必要性，與此同時，出現(xiàn)了很多分析邊坡的新理論、新手段。但這些理論、手段，大多沒有大方向考慮發(fā)生滑坡的原因。對邊坡穩(wěn)定性有影響的因素眾多，其中，地質(zhì)和非地質(zhì)因素為關(guān)鍵因素。

地質(zhì)因素是其物質(zhì)基礎(chǔ)，非地質(zhì)因素則湊成了滑坡現(xiàn)象的外在因素及引發(fā)條件。滑坡體在非地質(zhì)因素作用下，凸顯出特別的特性，為研究滑坡提供了前提條件。

3.3.2應(yīng)用探地雷達(dá)技術(shù)評價地基

人口眾多導(dǎo)致如今多為高樓，高層建筑對于地基有幾近嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)，務(wù)必保證房屋的安全，如此需要對此處的地質(zhì)環(huán)境有所明晰。傳統(tǒng)的鉆探方法對于寬廣的地下情況無法精確獲悉。而且，非均勻地質(zhì)體在我國很多地區(qū)，例如東南沿海甚至多數(shù)山區(qū)都會發(fā)現(xiàn)。而探地雷達(dá)技術(shù)有其區(qū)別于傳統(tǒng)方式的特性，它可勘測的范圍大、獲取的結(jié)果分明。

有諸如換土、強(qiáng)夯之類的措施可用于處理應(yīng)對非均勻地質(zhì)情況以及地基發(fā)生的液化現(xiàn)象。也可用探地雷達(dá)技術(shù)對處理應(yīng)對之后的結(jié)果進(jìn)行評價。

3.3.3將探地雷達(dá)運(yùn)用在路基路面中

高等級公路嚴(yán)苛要求路基路面的質(zhì)量問題。鉆探抽樣技術(shù)不是典型的方法，它會損壞高等級公路，無法滿足需求。若想使檢查公路質(zhì)量時安全通過，則需用到探地雷達(dá)技術(shù)。在路基路面工程中，公路病害、路面厚度均可由探地雷達(dá)進(jìn)行勘探，利于提出有參考價值的建議。

4、探地雷達(dá)的不足之處

任何事物均有兩面性，探地雷達(dá)這項技術(shù)好處眾多，但也存在一些限制因素。它可能受到外界因素的影響，城市喧囂聲、信號干擾聲，甚至儀器自身也帶有噪聲，這些繁雜的聲音，會擾亂有用信號，進(jìn)而使進(jìn)一步的研究極為困難，還需思索如何盡量避免噪音的影響。除此之外，它的計算可能會有偏差，能否定性分析目標(biāo)的各種特征，均需考慮。

結(jié)語：

探地雷達(dá)技術(shù)是一種新出現(xiàn)的勘探手段，能添補(bǔ)鉆探技術(shù)的短板，之后在巖土工程勘探中可能出現(xiàn)探地雷達(dá)作為主導(dǎo)，鉆探成為輔助的景象，從而解決傳統(tǒng)勘查手段難處理的問題，這將使得探地雷達(dá)技術(shù)能在巖土工程中甚至各個領(lǐng)域廣泛運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

[ ]殷文博.綜合勘察技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用分析[J].西部資源，2018（02）：95-96.