探地雷達(dá)無損檢測地基水泥注漿效果的研究

方世明,曹 靜,梁洪波，王 晨，夏守培，楊旭輝

(1.宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院，安徽 宿州 234000；

探地雷達(dá)無損檢測地基水泥注漿效果的研究

方世明1,曹 靜1,梁洪波2，王 晨1，夏守培1，楊旭輝1

(1.宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院，安徽 宿州 234000；

2.中國礦業(yè)大學(xué)巖土工程新技術(shù)發(fā)展有限公司，江蘇 徐州 221000)

目的 針對某些地基在施工和使用的過程中會產(chǎn)生一些裂縫、孔隙、破裂等問題進(jìn)行研究。這些問題嚴(yán)重影響了建筑物的穩(wěn)定性，不利于工程的建設(shè)和施工，會對社會產(chǎn)生不良的影響，影響公司的聲譽(yù)，在使用過程中也會減少建筑物的使用年限。方法 首先在所測區(qū)域的東西向和南北向各鋪設(shè)一系列的勘查線，采集各個(gè)點(diǎn)上數(shù)據(jù)，室內(nèi)采用REFLEXW數(shù)據(jù)處理軟件對所測的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而得出想要的各個(gè)底層的分界面情況，進(jìn)而對圖像進(jìn)行分析和處理。結(jié)果 采用探地雷達(dá)對建筑規(guī)劃范圍內(nèi)的道路進(jìn)行檢測和分析，淺部在0～1m深度范圍內(nèi)存在破碎、斷裂區(qū)域，深部未見土洞異常存在，可見基坑的開挖并未影響到道路深部的情況。結(jié)論 作為一種新型的檢測技術(shù)，探地雷達(dá)具有攜帶方便、非破壞性、精度高等特點(diǎn)，探地雷達(dá)的檢測技術(shù)很好地在本項(xiàng)目上得到了實(shí)施，該技術(shù)對地基的安全性、穩(wěn)定性也有一定的指導(dǎo)意義，探地雷達(dá)對地基水泥的注漿效果也有一定的研究意義。

探地雷達(dá)；無損檢測；注漿效果

0 引 言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對建筑物的要求也不斷提高，隨之產(chǎn)生的建筑物質(zhì)量問題也逐漸被提出來，特別是對水泥注漿效果的關(guān)注。因此，采用快速、有效、經(jīng)濟(jì)的注漿效果檢測方法是必不可少的。

當(dāng)前，常用的注漿效果檢測方法有：超聲波檢測法[1]、瞬態(tài)面波法[2]、電測深法[3]、高密度電法[4]、電磁波CT法[5]等。地質(zhì)雷達(dá)作為一種高頻電磁波，多用于探測深度較淺、精度較高的近地表破碎帶，是一種分辨率很高、檢測質(zhì)量可靠的物探方法[6]。本文利用先進(jìn)的地質(zhì)雷達(dá)方法對道路路基的注漿效果進(jìn)行了一些研究，取得了顯著的效果。

1 探地雷達(dá)的基本原理

探地雷達(dá)由兩個(gè)部分組成：發(fā)射部分和接收部分。通過發(fā)射天線向地下發(fā)射60～90 °的高頻電磁波，然后由接收天線接收來自發(fā)射波傳播到電性分界面產(chǎn)生的反射波以及直達(dá)波，并記錄下來[7，8](見圖1)。

圖1 反射雷達(dá)的探測原理

波的雙程走時(shí)由反射脈沖相對于發(fā)射脈沖的延時(shí)而確定。雷達(dá)圖形常常是以脈沖反射波的波形形式記錄。圖2是波形記錄示意圖。圖中是一個(gè)簡單的地質(zhì)模型的對比，記錄了相應(yīng)的波形。在波形記錄上，波形的記錄均以測線的鉛垂方向來記錄，構(gòu)成雷達(dá)剖面[10]。

圖2 雷達(dá)剖面記錄的示意圖

探地雷達(dá)圖像進(jìn)行地質(zhì)解釋的重要依據(jù)是反射脈沖波形的同向軸連續(xù)情況。發(fā)射脈沖波的能量是由波形的明顯程度決定的，反射波的振幅方向可以判別介質(zhì)的性質(zhì)和屬性；頻譜特性能夠有效區(qū)分結(jié)構(gòu)特征不同的界面；最重要的制定基礎(chǔ)是反射信號形成的相同軸，依據(jù)同相軸的形態(tài)方向、強(qiáng)弱等進(jìn)行判斷。

2 探地雷達(dá)工程實(shí)例

2.1 工程概況

研究工程區(qū)域在坑基開挖施工過程中，由于基坑開挖影響造成瀝青路面有開裂和下沉現(xiàn)象，現(xiàn)狀表現(xiàn)為瀝青路面下沉，道路路面出現(xiàn)多條裂縫。為查明道路由于基坑開挖可能形成的土洞，采用地質(zhì)雷達(dá)對以上道路進(jìn)行檢測。

2.2 施工方案

本次探測采用從瑞典MALA GEOSCINCE公司引進(jìn)的世界最先進(jìn)的探地雷達(dá)系統(tǒng)RAMAC/GPR。天線為500 MHz屏蔽天線，在土壤中的最大探測深度大約為3.5 m，此次檢測的雷達(dá)參數(shù)見表1。

工程施工測線如圖5所示，B7-1上面的測線為東西路路段(探測區(qū)域1)，左側(cè)的測線為南北路路段(探測區(qū)域2)。

圖3 路面東西方向開裂圖 圖4 路面南北向開裂圖

表1 RAMAC/GPR雷達(dá)參數(shù)

2.3 數(shù)據(jù)處理

對于野外采集到的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)，主要采用REFLEXW數(shù)據(jù)處理軟件，在室內(nèi)主要是對原始數(shù)據(jù)的預(yù)編輯、信號振幅自動增益調(diào)整、相關(guān)分析、濾波、偏移、反褶積等。目的是易于追蹤信號的同相軸，清楚地反映地層分界面情況，使分界面更加連續(xù)清楚，同時(shí)突出局部信息，強(qiáng)化異常體反映。

2.4 結(jié)果分析

下面以典型的雷達(dá)探測剖面圖為例，進(jìn)行具體分析(見圖6)。

圖5 工程施工測線布置 圖6 Z1L4-1線雷達(dá)探測剖面

圖6是探測區(qū)域1中L4測線所測的圖像，剖面橫向表示道數(shù)及測線長度距離(m)，縱向表示地層深度(m)及時(shí)間(ns)。上面的雷達(dá)波形圖看出部分信息，在圖6前十幾米的區(qū)域，電磁波掃描線沒有明顯起伏變化，同相軸是連續(xù)的，各層位都是比較明顯和清晰信號反射，表明了路基處于完好狀態(tài)，沒有出現(xiàn)斷裂破碎異常的區(qū)域。深度在0.3～0.5 m，長度在18～32 m和48～57 m,圖像中測線雜亂，掃描線起伏較大且同向軸斷裂，造成上下界限模糊不清的現(xiàn)象(如圖中黃色圈中區(qū)域)，電磁波無法分辨出準(zhǔn)確的層位。說明這一塊路基已不是整體，發(fā)生破碎。

圖7 探測區(qū)域2異常圖

從雷達(dá)探測剖面圖中可以看出是否是異常區(qū)域，將每個(gè)雷達(dá)探測剖面圖結(jié)合，可以推測出探測區(qū)域的異常區(qū)域圖(見圖7)。

圖中紅色線為測線，黑色線為雷達(dá)測線異常位置，藍(lán)線圈定區(qū)域?yàn)槠扑閿嗔逊秶?/p>

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

在本次實(shí)驗(yàn)中所利用的探地雷達(dá)在城市道路上的檢測，很好檢驗(yàn)了探地雷達(dá)在本項(xiàng)目的適用性。在雷達(dá)探測剖面圖中可以看出異常區(qū)域，從圖7中可以看出探測區(qū)域2在距離地面1 m的范圍以上可以看到很多破裂區(qū)域，但是在深部卻未見到土洞異常，因此可以判定在測量區(qū)域內(nèi)深部未受到基坑開挖的影響。同理，在探測區(qū)域1中由圖像也可以判定深部區(qū)域并未見空洞。

3.2 討論

探地雷達(dá)是一種新型的無損檢測技術(shù)，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，探測技術(shù)逐漸趨于成熟化。針對建筑物周邊道路由于基坑開挖可能形成的空洞，利用探地雷達(dá)對以上道路進(jìn)行檢測。通過雷達(dá)剖面圖，可以知道路基破碎在圖形上表現(xiàn)出明顯的不連續(xù)性，同相軸斷裂；同時(shí)，同相軸很直觀地反映出各層的埋深及走向；探地雷達(dá)檢測地基水泥注漿有一定的反映，可以作為其質(zhì)量檢測的一種手段，提供一定的參考價(jià)值。

探地雷達(dá)雖然是一種很高效、精密的儀器，但是它容易受到外界各種因素的干擾，在工作過程中，需要考慮到地質(zhì)和工程環(huán)境，合理選擇探地雷達(dá)的參數(shù)，合理布置測線，將外界的干擾因素降到最低，才能發(fā)揮探地雷達(dá)的最大潛力。

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[責(zé)任編輯：劉守義 英文編輯：劉彥哲]

Effects of Ground Penetrating Radar in Nondestructive Testing of Ground Cement

FANG Shi-ming1,CAO Jing1,LIANG Hong-bo2,WANG Chen1,XIA Shou-pei1,YANG Xu-hui1

(1.School of Resources and Civil Engineering,Suzhou University,Suzhou，Anhui 234000,China; 2.CUMT Geotechnical Engineering&New Technology Development Co.,Ltd.,Xuzhou,Jiangsu 221000,China)

Objective The foundation may have some problems in the process of construction,such as crack,pore rupture,and break,which seriously affects the stability of the building.It brings harm to the construction of the project,has a negative impact on society and reduces the service life of building in the late stage of the use span.Methods The ground penetrating radar method was used to evaluate the stability of the foundation.First,after laying a line in the areas of the east-west and north-south and obtaining data of the measuring points,the measured data were processed by using REFLEXW.Then the condition of measured vertical interface was gained.At last,the explanation was carried out.Results Through data processing and analysis,it was found that there was a fragmenting and broken condition in the shallow part with 0 - 1m in depth,but no abnormal condition in the deep part was found.Conclusion As a new detection technology,GPR has the advantages of convenient carrying,nondestructiveness,and higher precision.Detection of ground penetrating radar can be used to detect the effect of grouting cement,which provides a certain significance to road construction safety and other problems.

ground penetrating radar;nondestructive testing;grouting effect

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201510379021);宿州區(qū)域發(fā)展協(xié)同創(chuàng)新中心全國開放課題(2014SZXTKF08)；宿州學(xué)院科研平臺開放課題資助項(xiàng)目(2014YKF07)；宿州學(xué)院一般科研項(xiàng)目(2014yyb08)

方世明(1993-)，男，安徽安慶人，宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院在讀學(xué)生。

曹靜(1987-)，女，山東濟(jì)寧人，碩士，助教，應(yīng)用地球物理。

TV

A

10.3969/j.issn.1673-1492.2017.01.003

來稿日期：2016.05.27