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作者：王興舟王達亮李曉紅單位：吉林省公路工程質(zhì)量監(jiān)督站吉林省交通科學研究所

地質(zhì)雷達技術(shù)是近年來發(fā)展得非常迅速的一項探測技術(shù)，以其高分辨率和高工作效率正逐漸成為地下隱蔽工程調(diào)查的一種有力工具。隨著信號處理技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展以及實踐操作經(jīng)驗的豐富積累，地質(zhì)雷達技術(shù)不斷發(fā)展，地質(zhì)雷達儀器不斷更新，應(yīng)用范圍不斷擴大，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工程地質(zhì)勘察、建筑結(jié)構(gòu)調(diào)查、無破損檢測、水文地質(zhì)調(diào)查、生態(tài)環(huán)境等眾多領(lǐng)域。

1地質(zhì)雷達原理及特點

地質(zhì)雷達(腳udprobing/pentratingradar，簡稱GPR)，是一種對地下的物體內(nèi)不可見的目標體或界面進行定位的電磁技術(shù)。其工作原理是:高頻電磁以寬帶脈沖形式，通過發(fā)射天線被定向送入地下，經(jīng)存在電性差異的地下地層或目標反射后返回地面，由接收天線所接收。高頻電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性特征及幾何形態(tài)而變化。故通過對時域波形的采集、處理和分析，可確定地下界面或地質(zhì)體的空間位置及結(jié)構(gòu)。長久以來，對埋藏物體的探測是一項使人感興趣的研究課題。至今沒有任何一種單一方法能提供一個十分準確的答案。地質(zhì)雷達技術(shù)作為一種迅速發(fā)展、且具有特殊吸引力的方法，主要是由于其具有高分辨率、無破損性和高效率的特點。體向后散射截面因數(shù)g，媒介的衰減系數(shù)a所決定。在均勻介質(zhì)中，電磁波傳播的波長入與衰減系數(shù)a為:（公式略）其中c為電磁波在自由空間的傳播速度;ur為介質(zhì)的相對磁導率;er為介質(zhì)的相對介電常數(shù);a為導電率;助為自由空間的波阻抗;W為能量衰減系數(shù)。磁導率的影響可忽略，則電磁波在介質(zhì)中的傳播僅由介電常數(shù)、導電率與波的頻率決定，可由能量衰減系數(shù)W來表示:（公式略）

2地質(zhì)雷達的技術(shù)參數(shù)

2.1地質(zhì)雷達的探測距離地質(zhì)雷達所能探測到目的體的深度稱為地質(zhì)雷達的探測距離。當一個雷達系統(tǒng)選定后，地質(zhì)雷達波在介質(zhì)中的傳播距離R主要由電磁波波長入.目標電磁波的頻率越高，它在介質(zhì)中衰減越快，傳播距離越短;當電磁波的頻率一定時，介質(zhì)的相對介電常數(shù)越大，電導率較大時，地質(zhì)雷達波會很快衰減，傳播距離短，地質(zhì)雷達的探測深度淺。反之，介質(zhì)的相對介電常數(shù)較小，導電率也較小，地質(zhì)雷達波衰減慢，傳播距離遠，地質(zhì)雷達探測的深度較深。

2.2地質(zhì)雷達的分辨率分辨的定義是分辨最小異常體的能力。分辨率可分為垂直向分辨率與橫向分辨率。垂直向分辨率是指雷達剖面上所能夠區(qū)分一個以上反射界面的能力。理論上可把雷達天線主頻率波長的1/8作為垂直分辨率的極限，但由于外界干擾等因素，一般把b二入/4作為垂直向分辨率的下限，當?shù)貙雍穸萣小于入/4時，復合反射波波形變化很小，其振幅正比于地層厚度，這時已無法從時間剖面上確定地層厚度。水平分辨率是指地質(zhì)雷達在水平方向上所能分辨的最小異常體的尺寸，根據(jù)波的干涉原理，水平分辨率通常為:式中入為雷達子波的波長;h為異常體的埋藏深度。

3地質(zhì)雷達技術(shù)在工程中的應(yīng)用

3.1地質(zhì)雷達技術(shù)在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用在橋梁和隧道設(shè)計、施工時，詳細了解地下水情況、巖面的起伏、破碎帶的發(fā)育具有重要意義。傳統(tǒng)的工程鉆探方法費時、費力，同時采集的數(shù)據(jù)有限，不能全面了解某個地區(qū)的工程地質(zhì)情況，特別是在地下水豐富、巖面起伏劇烈，破碎帶又相對發(fā)育的地區(qū)，實踐證明單純依靠工程鉆探往往會產(chǎn)生較大的偏差，顯然不能滿足工程設(shè)計和施工的要求。結(jié)合鉆探，地質(zhì)雷達能給出整個工區(qū)的剖面圖，使我們能較全面的了解整個工區(qū)的工程地質(zhì)情況。

3.2地質(zhì)雷達技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用靜壓預制樁若施工不好，會造成樁身的傾斜，影響到樁的承載能力，施工后樁身傾斜性的檢驗，可以通過地質(zhì)雷達進行，效果良好。地下連續(xù)墻損壞后，對其質(zhì)量的評價也可用地質(zhì)雷達進行檢測。在存在流砂層的地區(qū)進行深層基礎(chǔ)施工時如果施工質(zhì)量不好，在施工過程中造成大量地下水滲流，帶走大量粉砂，造成基坑旁側(cè)產(chǎn)生地下空洞，從而使周圍下沉，甚至導致基坑坍塌事故。在基坑開挖過程，除進行地面沉降和地下水位觀測外，用地質(zhì)雷達在基坑周邊進行探測，可以及時發(fā)現(xiàn)地下空洞，消除隱患。大口徑鉆孔灌注樁作為橋墩基礎(chǔ)越來越引起重視，由于鉆孔灌注樁截面積越大，承受荷載越大，故對其質(zhì)量要求嚴格。鉆孔灌注樁在橋梁工程中的質(zhì)量控制是從對采用的鋼筋、水泥、骨料等原材料的質(zhì)量控制到竣工后的質(zhì)量驗收全過程均形成了規(guī)范。在質(zhì)量驗收時往往采用反射波或機械阻抗法檢測樁基完整性，但無法檢測樁基鋼筋籠的布置情況，鋼筋屬于低阻抗體，吸收系數(shù)大，反射強度亦大，波形粗黑，用低頻探頭可以探測出鋼筋籠的布設(shè)情況和樁的長度。

3.3地質(zhì)雷達技術(shù)在公路工程質(zhì)量檢測方面的應(yīng)用近年來，我國高等級公路建設(shè)事業(yè)突飛猛進，原有鉆探取芯或開挖抽樣的公路質(zhì)量檢測方法不僅效率低，代表性差，而且對路面有損壞，為此極需發(fā)展一種快速、簡便有效的無損檢測技術(shù)。地質(zhì)雷達可以滿足這種要求。

3.3.1公路路面厚度檢測路面厚度檢測是公路檢測的主要內(nèi)容之一，高等級公路路面厚度0.2一0.3m，這就要求公路路面厚度檢測有很高的分辨率，厚度檢測誤差小于0.01mo當介質(zhì)厚度大于子波波長的l/4時，可以認為能被地質(zhì)雷達分辨出。一般機場和公路路面為水泥混凝土或瀝青混凝土，電磁波傳播速度約為0.1-0.12m/ns，從而可以換算出用于檢測0.Zm厚度以上路面精度<0.olm，地質(zhì)雷達應(yīng)使用gooMHz以上的中心探頭。目前地質(zhì)雷達已有2200MHz的探頭，其天線的信號脈沖寬度為0.42ns，波長小于scm，分辨率為1.25cm，完全滿足測試精度的要求。

3.3.2路基與路面病害的調(diào)查公路在修筑過程中已對路基進行處理，隨著公路投人使用、路基經(jīng)歷壓實或其它外來擾動的影響，使原來輕弱地基發(fā)生變化，承載力不足，使路基產(chǎn)生過量沉降，形成空洞、暗穴，有時局部還會產(chǎn)生滑坍等;面層在行車荷載的反復作用和自然風化因素的影響下，會逐漸出現(xiàn)損壞，形成路面沉陷、車轍、推移、開裂等;另外，由于公路結(jié)構(gòu)層透水問題使局部積水，產(chǎn)生軟弱體或軟弱層等病害。公路病害形成的原因是多方面的，有本身質(zhì)量原因，也有外界自然作用原因，同時路基病害與路面病害不是獨立形成的，兩者相互作用，相互影響，在公路病害調(diào)查中，查明“病因”十分重要。用鉆芯取樣法調(diào)查速度慢，僅能以點帶面，取得的資料代表性差、不全面。用雷達可以非常迅速的探測出路面各層及路基情況，繪出整段路基、路面的剖面圖，直觀的反映出路基、路面的損壞程度、范圍，以及是否有脫空、積水現(xiàn)象，為維修和養(yǎng)護提供資料。

3.4地質(zhì)雷達技術(shù)在隧道檢測中的應(yīng)用在隧道建設(shè)中，所面臨的質(zhì)量問題如欠挖、超挖、襯砌厚度不足、襯砌后有空洞、積水等。傳統(tǒng)檢測方法大都采用破損檢測，檢測頻率不夠，同時會造成新的質(zhì)量隱患，地質(zhì)雷達可以提供一種高效、全方位、準確的無破損檢測手段。用中頻雷達探頭可以定量地探測出隧道的襯砌厚度、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架，以及襯砌后脫空、積水情況，為維護提供詳細資料。

4結(jié)束語

地質(zhì)雷達在我國交通行業(yè)應(yīng)用已有十年的歷史，這是一種很有前景的無損、省時、有效的檢測方法，地質(zhì)雷達在我國交通行業(yè)必將有更廣范的應(yīng)用。