雷达技术在工程勘察中的应用

雷达技术在工程勘察中的应用

1地下工程施工勘察“万英尺高的地面”一词道出了该项目建筑的基础重要性。地基的牢固与否，直接决定了其建筑工程的质量与使用寿命。故此，在基础施工之前，应进行工程勘察，对地下基础全面评价，为设计最优建筑物的基础模式提供可靠资料。因此，必须对场地进行工程勘察。对工程勘察，人们习惯于采用单一的钻探工艺。不可否认，传统的钻探手段有其无法替代的优点(直接、准确)，但其终究是一孔之见，尽管在地质构造复杂地区，可能有一定规律可循，但人类早期活动遗留的作品(如地下洞穴、管线、不明障碍物等)，则因年代较远，无资料查询，难以预测。下面介绍地质雷达对在建工程场地进行调查的两个实例，旨在说明雷达技术在工程勘察中的有效性和实用性。2雷达技术在建筑工程中的应用2.1基坑探测结果及分析该工地为湖南湘潭电化(集团)公司电化车间(技改工程)在建场地，共有3个车间，其中一个车间墙体基础及机器安装基础已开挖，机器基坑规模为2m×2m×2m，因另一个车间拟建场地(相邻)在钻探工程勘察过程中发现地下存在六七十年代构筑的防空洞，防空洞顶深约4m，宽约1.2m，因年久失修，早已废弃，难以确定防空洞的分布现状。最初采用钻孔追踪，只有一个钻孔钻遇，其余的几个钻孔均未发现；再后，对已知点进行开挖，并大水量抽水直至基本无水，由人下去具体探究，终因防空洞年久未用，坍塌现象严重，且经抽水后坍塌随时可能发生，终未能确定防空洞的具体分布状况。查清该防空洞的现今分布状况，则成为继续施工首要解决的问题，因此决定进行面上物探工作。根据场地条件，采用地质雷达进行调查。采用美国劳雷工业公司生产的SIR-2型地质雷达进行探测。根据工作目标物的探测深度及有关地质情况，选用100MHz屏蔽天线进行点测，点距：20cm；线距：依据场地条件及工作目标而定。其余技术参数选择如下：扫描率：32Sc/S；采样率：512个/Sc；滤波参数：高通25MHz，低通200MHz；每测点叠加次数：128次；记录位数：16Bt；记录长度：140nS；增益：人工试验选定7～8时段增益。共布置剖面测线9条，已开挖基坑探测18个，每个基坑内分东西向和南北向布置测线各1条。其测线布置与解释结果见图1。本次共对已开挖的其中18个基坑进行了探测，每个基坑底部布置有测线2条，呈“十”字交叉型；另在该场地西部及中部各布置8#、9#测线，基坑测量结果典型图像见图2。基坑基础为网纹状红土，胶结紧密，稍硬。各个基坑中测量的图像资料大同小异，由于网纹状红土内部物性较均一，一般波组都比较均匀，只在近坑壁时，会出现一些干扰波，说明在已开挖的基坑下部5m以内存在洞穴或其它地质体的可能性极小。在探测过程中，于场地的西南部发现有防空洞存在，为了解该防空洞的走向及分布范围，本着从已知到未知的原则，布置了7条测线，以控制防空洞的空间分布。先从已知点(钻孔)追索，在1～7线均不同程度有防空洞异常显示(图3)。雷达剖面图像3线（图3右)：管道沟、旁侧建筑物干扰及防空洞均有异常显示；6线（图3左)：除有建筑物干扰异常外，在防空洞顶部上方1m左右尚有一小异常，认为其为防空洞顶部坍塌反映。从各测线资料综合分析：(1)该防空洞走向北西，顶深一般4～4.5m，部分地段有坍塌，底深约6m。防空洞的分布范围见图1(异常点的位置均在现场进行实地标记)。(2)已开挖场地在雷达测线控制范围内基坑下部基础均一性较好，在其下0～6m区域内存在洞穴及防空洞或其它地质体的可能性极小。(3)场地西南部存在有防空洞，其走向及其分布状态见图1。在测线控制的其余区域无明显洞穴或防空洞异常。2.2地质雷达探测江西新余市长林机械厂677#宿舍楼在钻孔灌注桩桩基础施工中，于92#、93#桩钻遇块石，致使停工。经现场开挖，该障碍物砌筑材料为砂浆、毛石，但长度、宽度及深度不清楚。为了解该障碍物的分布范围及底部深度是否已达桩基设计持力层，便于进行工程处理，于1999年6月26日进行了地质雷达探测。在探测范围内已开挖了2m×3m×3.5m的大坑，地面泥泞不平，施工桩机停放在近处，这些条件对物探探测工作十分不利。本次工作共布置测线6条，测线布置与现场情况见图4。本次探测使用100MHz屏蔽天线进行连续测量与点测结合。点距0.2m。在1～5号测线上均在时间50nS左右发现一组强波，6号测线则无此强波组出现，认为该组波为地下障碍物反映。由于测线之西面(测线小号方向)停有钻机，影响较大，因此只得到该障碍物横断面一半的图像(图5)。综合各测线雷达图像分析，认为该障碍物为早期修筑的一小溪拦水堤，其走向近南北，南延长度受探测范围所限不清。顶面深约1.75m，顶宽约2.2m，底宽约2.8m，北端底深约4.6m，在测线控制范围内南端底深约5.1m(图4)。3应用地质雷达的必要性(1）上面两个工程实例，均经现场钻探验证，雷达探测推断结果正确。前者进行了工程处理；后者在障碍物两侧各设计两个钻孔桩基础以作挑梁。说明雷达技术在工程勘察阶段应用的有效性和实用性。它能够快速、准确、经济地解决基建场地的大多数工程地质问题。(2）地质雷达只是一个应用工具，在实际工作中，应注意其适用条件和干扰因素。只有合理地布置测线，选择适当的方法技术参数，才可能取得较为满意的地质效果。(3）基础内部存在的不明地质体将严重威胁工程质量。如拟建工程场地在进行钻探工程勘察之前或同时进行面上的工程物探工作，十分必要对拟建物构