巖土工程檢測(cè)中對(duì)探地雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用分析研究

王胤輝

摘 要：探地雷達(dá)技術(shù)屬于雷達(dá)技術(shù)與地質(zhì)科學(xué)技術(shù)相融合的地球物理探測(cè)技術(shù)。擁有非常高的探測(cè)效率，且操作較為簡(jiǎn)單，具備無損失探測(cè)，精度非常高，是運(yùn)用高頻電磁波反射來探測(cè)地下目標(biāo)的高分辨率電磁方法。文章主要分析了巖土工程檢測(cè)中對(duì)探地雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用，旨在為工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞：巖石工程; 探地雷達(dá)技術(shù); 應(yīng)用分析;

自上世紀(jì)60年代中期，美國(guó)研究人員便開始研究地雷達(dá)技術(shù)，將其運(yùn)用到礦業(yè)，確定各個(gè)地下水位的位置。其中，在地下水域土壤中都有污染探測(cè)方面的應(yīng)用，地雷達(dá)屬于非破壞性地表原位探查技術(shù)，可以清楚地為現(xiàn)場(chǎng)提供實(shí)時(shí)剖面記錄，使得圖像清晰、工作效率高。探地雷達(dá)技術(shù)作為新興的方法，可以直觀、準(zhǔn)確的為工程提供檢測(cè)數(shù)據(jù)。

1 探地雷達(dá)的探測(cè)原理

近階段，我國(guó)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)快速平穩(wěn)的速度發(fā)展，使得工程建設(shè)項(xiàng)目逐漸的增多，工程質(zhì)量變?yōu)楦鞯胤街饾u注重的核心問題。以往傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法依然沒辦法達(dá)到當(dāng)前施工水平，在此背景下，全新的檢測(cè)技術(shù)逐漸孕育而生—無損檢測(cè)。探地雷達(dá)屬于較為直觀、連續(xù)以及準(zhǔn)確的非破壞性地球物理檢測(cè)技術(shù)，當(dāng)前，普遍受到工程技術(shù)人員的注重，并大范圍的運(yùn)用到巖土工程、地基工程以及隧道工程等區(qū)域，獲得了非常顯著的成果。探地雷達(dá)采用寬帶短脈沖的方式的高頻電磁波，采用天線經(jīng)由地面輸送到地下，通過地層輸送到地下，在通過地層亦或目標(biāo)體反射后再回到地面，之后，運(yùn)用另一天線來接收，脈沖波的雙程方向是經(jīng)由反射脈沖測(cè)得走的時(shí)間，再通過上式求出反應(yīng)物的深度。脈沖波的雙程走方向，是通過反射脈沖對(duì)于發(fā)射脈沖的延時(shí)進(jìn)行確定的，探地雷能依照本身的發(fā)射高頻電磁波產(chǎn)生的反射波優(yōu)秀探測(cè)地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)，并通過向地下發(fā)射中心為50-900兆赫的短脈沖電磁波與運(yùn)用和發(fā)射電波的天線距離，進(jìn)而接受兩個(gè)天線中點(diǎn)下面的物質(zhì)，從而發(fā)射的回波，這時(shí)候雷達(dá)儀便能取得此剖面方向上底質(zhì)層間的反射回波圖形。

此外，雷達(dá)儀融合鉆孔對(duì)回波圖形的分析，便可得到地質(zhì)剖面的圖形與地質(zhì)資料。在進(jìn)行巖土工程過程中，雷達(dá)的接收功率會(huì)受到很多原因的影響，如：測(cè)線附近地物的干擾、地形干擾、耦合效應(yīng)引起的干擾、空中輸電線干擾、地表金屬物影響等，其中由于天線耦合不好而引起的干擾波，在記錄自始至終都存在，其頻率接近工作主頻，信號(hào)強(qiáng)，衰減慢，像無阻尼振蕩。

2 巖土工程中探地雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

進(jìn)行巖土工程施工前期，需清楚探測(cè)工程區(qū)域內(nèi)的基層巖土物質(zhì)分布狀況以及物理力學(xué)的原理，了解影響其因素是什么。在巖土工程勘探中，以往的工程師需指導(dǎo)探鉆與工程試驗(yàn)的方法進(jìn)行工作的完成?；阢@探屬于耗費(fèi)時(shí)間的工作，并且對(duì)工程的預(yù)算擁有非常顯著的制約，因此，運(yùn)用探底雷達(dá)，運(yùn)用少量的鉆探孔與探地雷實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的組合，在通過探地雷達(dá)的掃描準(zhǔn)確探測(cè)出淺層地質(zhì)分布情況以及改變，進(jìn)而指導(dǎo)工程師做好前期的勘測(cè)工作。通過事實(shí)證明，探地雷達(dá)與鉆探參照孔的良好融合屬于科學(xué)有效且數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確的。

3 探地雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用分析

對(duì)于研究探地雷，我國(guó)已經(jīng)有了多年的經(jīng)驗(yàn)，獲得了些許研究成果，積累了較為豐富的工程探測(cè)經(jīng)驗(yàn)。

3.1 探地雷達(dá)技術(shù)研究

從理論方面進(jìn)行研究，可以看出，當(dāng)前依然聚集在信號(hào)處理上，一些物質(zhì)技術(shù)人員為了更好的區(qū)分圖像以及解釋地質(zhì)，通常會(huì)采用較為先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理方法。例如：分形、小波分析等適用于數(shù)據(jù)處理中。這主要是由于探地雷達(dá)接收的信號(hào)較為繁瑣，當(dāng)脈沖電磁波通過地下介質(zhì)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致波形與波幅發(fā)生較為嚴(yán)重的改變，然而，發(fā)生脈沖余震、系統(tǒng)內(nèi)部干擾以及地表不光滑方面，都會(huì)導(dǎo)致散射、剖面旁側(cè)繞射等方面的干擾，造成分辨不出實(shí)際記錄圖像。然而，在處理信號(hào)時(shí)，只約束在時(shí)間波形方面的處理。另外，還探討了聚焦技術(shù)，通過集中目標(biāo)體的空間響應(yīng)，增加信號(hào)反褶積等數(shù)值處理技術(shù)，以此加大地表被初至的高強(qiáng)電磁波模糊反射體波形特點(diǎn)。

3.2 探地雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

隨著探地雷達(dá)技術(shù)研究的開展，我國(guó)具備了多臺(tái)探地雷達(dá)，可以說是覆蓋了全國(guó)各個(gè)部門，例如：國(guó)家研究院、高等學(xué)校、地礦、鐵路等，幾乎都運(yùn)用上了探地雷達(dá)。工程技術(shù)人員在各自工作區(qū)域?qū)嵤┝诉M(jìn)一步的系統(tǒng)研究，根據(jù)研究程度的逐漸深入，會(huì)進(jìn)一步加大探地雷達(dá)技術(shù)的運(yùn)用區(qū)域，使得我國(guó)探地雷達(dá)應(yīng)用技術(shù)一直位列世界先進(jìn)行列。

我國(guó)探地雷達(dá)主要涉及如下幾個(gè)區(qū)域：

（1）建筑工程質(zhì)量檢測(cè)。此區(qū)域?qū)儆谔降乩走_(dá)運(yùn)用最為有效的區(qū)域，最基本的便是工程質(zhì)量檢測(cè)，最主要的要求便是數(shù)據(jù)需準(zhǔn)確有效，然而，很多探測(cè)對(duì)象卻較為隱蔽，因此，平常的方法不能得到相應(yīng)關(guān)照，但是，使用探地雷達(dá)便能很好的解決此項(xiàng)問題。工程缺陷部位介質(zhì)和健全的部位介質(zhì)對(duì)于常規(guī)的介質(zhì)具有明顯的不同，所以，可采用雷達(dá)來查清施工中隱蔽的質(zhì)量缺陷。探地雷達(dá)可以很好的檢測(cè)混凝土澆筑質(zhì)量、土體含水量等相對(duì)應(yīng)的指標(biāo)，同時(shí)也能檢測(cè)建筑物結(jié)構(gòu)、混凝土中鋼筋分布、混凝土保護(hù)層厚度檢測(cè)等方面。

（2）城市基礎(chǔ)設(shè)施探測(cè)與檢測(cè)。城市基礎(chǔ)設(shè)施探測(cè)涵蓋了許多金屬與非金屬管線探測(cè)、地下空洞探查、城市路面塌陷檢測(cè)等?；诔鞘兄写嬖诘母蓴_源，很多物探方法沒有辦法無能為力。然而，基于探地雷達(dá)天線具有屏蔽功能，在此方面擁有一定的優(yōu)越性，使得高速精準(zhǔn)的探測(cè)特點(diǎn)獲得有效的發(fā)揮。有關(guān)應(yīng)用研究有許多，其效果也各具特色，在地基與樁基基礎(chǔ)工程檢測(cè)方面獲得了很大的突破，當(dāng)前運(yùn)用探地雷達(dá)可以達(dá)到精準(zhǔn)的探測(cè)地基加固處理效果。

4 存在問題與分析

通常情況下，探地雷達(dá)運(yùn)用的是高頻寬頻帶短脈沖電磁波與高速采樣技術(shù)，在探測(cè)分辨率方面都高于其余物理方法。然而，這不能說明探地雷達(dá)沒有缺陷，在實(shí)際運(yùn)用探地雷達(dá)方面還是存在約束性，需進(jìn)一步研究解決。例如：怎樣提升儀器發(fā)射功率與發(fā)射效率，可實(shí)現(xiàn)加大探測(cè)深度的目的;怎樣更進(jìn)一步的壓制探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)存在的電磁干擾信號(hào)，以便提升儀器信噪比，提升雷達(dá)圖像分辨率？以上問題都需我們?cè)诮窈蟮奶綔y(cè)工作中逐漸研究解決。探地雷運(yùn)用的區(qū)域非常廣泛，檢測(cè)區(qū)域?qū)走_(dá)技術(shù)的要求也在逐漸提升。因此，需在探地雷達(dá)探測(cè)強(qiáng)衰減介質(zhì)、解決多區(qū)域工程實(shí)際問題與缺陷等方面急需提升，這同樣也為探地雷達(dá)技術(shù)發(fā)展指明了方向。

5 結(jié)束語

綜上所述，自分析探地雷達(dá)技術(shù)后，熟練掌握相應(yīng)儀器設(shè)備、探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)、數(shù)據(jù)處理等方面的知識(shí)，能夠很好在巖土工程勘探方面為公路、鐵路、隧道工程的施工提供幫助。探地雷達(dá)相對(duì)于工程中常用的其它無損檢測(cè)方法，其優(yōu)勢(shì)在于：

（1）深度適應(yīng)性。主要體現(xiàn)在不同天線頻率的選擇能夠適應(yīng)不同的探測(cè)深度;

（2）分辨率適應(yīng)性。主要體現(xiàn)在改變天線中心頻率和頻帶寬度，可實(shí)現(xiàn)不同分辨率的檢測(cè);

（3）連續(xù)適應(yīng)性。主要體現(xiàn)在掃描速度快，可移動(dòng)進(jìn)行大面積檢測(cè);

（4）介質(zhì)分辨性。主要體現(xiàn)在可穿透介質(zhì)中的空隙探測(cè)到內(nèi)部質(zhì)量情況，可對(duì)有裝修層的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè);

（5）圖像分辨性。主要體現(xiàn)在雷達(dá)檢測(cè)的圖像可以根據(jù)需要顯示為二維切片圖或三維立體圖。

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