地質雷達法在市政工程地下病害體探測中的應用

趙海超，張召彬，李匯麗，李 朝，唐一兢

（河北雙誠建筑工程檢測有限公司，河北 石家莊 050221）

1 概述

在老舊城區道路改造過程中，由于地下管網錯綜復雜，原有管道極易破損，易造成滲漏水、空洞、地面塌陷等病害，危害道路交通安全，迫切需要提前查明地下病害體的形態、發展趨勢及危害程度，為道路施工方案的優化和防治工程的設計提供基礎資料，從而保障人民的生命財產安全，地質雷達因其能快速有效地查明地下病害體的優點被作為最常用的手段之一。

2 地球物理特征及勘探方法原理

地質雷達利用高頻電磁波（主頻為數十MHz 至數百MHz以至千MHz）以寬頻帶段脈沖（脈沖寬為數ns以至更小）形式，由地面通過天線T送入地下，經地下地層或目的體的發射后返回地面，為另一天線R所接收，如圖1所示，根據接收到的回波來判斷反射界面的存在。

圖1 地質雷達法原理示意圖

物探方法應用的物性前提是目標異常體與周圍介質的介電常數和電磁波波速存在明顯差異，市政工程的地質條件一般包括填土、粘土、砂土、混凝土、瀝青等，當其富水時，介電常數增高；當產生塌陷空洞時，介電常數增高。根據此物性特征便可在勘察區圈定出富水體或空洞的分布情況，并推斷其地質特征，這為利用地質雷達法尋找地下病害體提供了有利的地球物理前提。各種相關介質介電常數見表1。

表1 常見介質電性參數表

3 實例應用

某新建道路工程橫穿地鐵站，該地鐵站為明挖施工，蓋板后進行回填夯實，當移交作為路基時，要求對其回填質量進行探測。

3.1 勘測裝置

本次地質雷達法使用的儀器是由拉脫維亞生產的Zond-12e 型地質雷達儀，配備100MHz 和500MHz 屏蔽天線。該儀器輕便靈活，集先進的發射、接收功能于一體，體積小，重量輕，具備超高精度及完善的抗干擾技術，可滿足各種野外復雜環境下工作。

本次地質雷達探測采用“田”字型測線布置，測線間距為5m，使用100MHz天線時，采用50～60ns時窗，采樣點數512點；使用500MHz天線時，采用33ns時窗，采樣點數512點，測量方法主要采用連續剖面法進行測量觀測。

3.2 案例分析

（1）由圖2實測地質雷達剖面數據和地質解釋圖可以看出，該處地質雷達剖面1～3m 深度同相軸連續，雷達波原始色譜基本未見強反射及同相軸缺失，同時該部分介質分層明顯，同層底層介質較為均勻。各地層實測信號經計算回填介質介電常數約為9～11，電磁波波速約為100～140m/μs，電導率約為0.2～1.3S/m。推測該剖面回填效果良好。

圖2 P 1測線綜合解釋成果

（2）由圖3實測地質雷達剖面數據和地質解釋圖可以看出，隧道蓋板上部各部地層界面分層較為明顯，地質雷達剖面數據顯示有1處異常，該處地質雷達連續檢測剖面0.5～2m 深度同相軸出現錯斷，雷達波原始波譜基本沒有存在反射現象，表明該部介質較為均勻。通過各地層實測參數計算可知該處介質介電常數約為0～1，電磁波波速約為250～300m/μs，電導率約為0～0.014S/m，通過對照表1可知三項參數大小接近電磁波在空氣中的傳播電性參數值，判定該處為回填不密實區，不密實形態多以空洞形式存在。后期通過鉆孔取芯，芯樣顯示結果與地質雷達探測結果基本一致。

圖3 P2測線綜合解釋成果圖

（3）由圖4實測地質雷達剖面數據和地質解釋圖可以看出，隧道蓋板上部各部地層界面分層較為明顯，地質雷達剖面數據顯示有7處異常，該處地質雷達連續檢測剖面1～3m深度同相軸出現錯斷，雷達波原始波譜基本沒有存在反射現象，表明該部介質較為均勻，通過各地層實測參數計算可知該處介質介電常數約為0～1，電磁波波速約為240～300m/μs，電導率約為0～0.013S/m，通過對照表1可知三項參數大小接近電磁波在空氣中的傳播電性參數值，判定該處為回填不密實區，不密實形態多以空洞形式存在。空洞之間的土層介電常數約為11～15，電磁波波速約為40～135m/μs，電導率約為0.1～1S/m，通過對照表1可知三項參數與理論參考合格數據都存在較大差異，表明其回填質量較為松散，密實程度較差。后期通過鉆孔取芯，芯樣顯示結果與地質雷達探測結果基本一致。可靠。

圖4 P3測線綜合解釋成果圖

（2）地質雷達是利用電磁波進行無損檢測的重要手段，而許多物體對電磁波很強的干擾，這將對地質雷達接收信號產生較大的影響，對于地表下部的土質質量的判讀造成一定的影響，所以應對地質雷達探測結果輔以鉆探驗證，以增加探測成果分析解釋的準確性。

4 結語

通過地質雷達法在市政工程地下病害體探測中的實際應用，取得下列認識：

（1）選用地質雷達法進行地下病害體的探測工作，主要通過反射波波組形態、介電常數、電磁波波速、電導率等特征進行判別；方法選擇合理，數據反映真實