巖土工程檢測中對探地雷達技術(shù)的應用分析研究

趙肖春

【摘要】探地雷達是簡單的地質(zhì)雷達，這是一種通過無線電波快速定位并標記現(xiàn)場地下介質(zhì)分布的方法。探地雷達操作簡單，檢測效率高，精度高。探地雷達技術(shù)利用高頻電磁波反射來檢測地下目標的空間位置和結(jié)構(gòu)，并可用于檢測金屬和非金屬物體。本文敘述了探地雷達的工作特點，闡述了其優(yōu)于傳統(tǒng)探測方法的方面，回顧了探地雷達技術(shù)的發(fā)展歷程，分析了探地雷達技術(shù)的應用現(xiàn)狀，最終得出探地雷達組合鉆探技術(shù)可更好實現(xiàn)檢測的結(jié)論。

【關鍵詞】巖土工程;探地雷達技術(shù);應用分析

如今擁有了可查看淺層土壤和巖石狀況的新方法——探地雷達。在一項德國專利中探地雷達被初次提出，它接收到的信號不僅僅包含距離信息，還能測繪出地下結(jié)構(gòu)。相較于傳統(tǒng)的鉆探方法，這項技術(shù)更簡單，更便于調(diào)查，能用較少的鉆孔查明復雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)，有好的前景，探地雷達技術(shù)現(xiàn)已普遍用于諸多范疇。

1、探地雷達技術(shù)的發(fā)展

1904年，Hulsmeyer用電磁波來探測地下的金屬物體;1910年，用探地雷達技術(shù)來定位埋藏物體由G.letmbach和H.lowy首次提出;1926年，Hulsenbech最先提出用名為脈沖的技術(shù)來確定掩埋介質(zhì)的構(gòu)造，得出任何一種介質(zhì)的改變都會發(fā)生反射;1970年，Harison動身抵達南極從而探測冰層，獲得了深度至1200m的資料;1974年，UnterbergerR.R進行了鹽層探測。

20 世紀70 年代 開始，眾多國家著手研究早期地質(zhì)雷達儀器，落實了在淺層檢測目標體的計劃。20 世紀 90 年代起，很多行業(yè)都運用到了探地雷達。目前在國際上廣泛使用的儀器中心頻率可達10～1000MHz左右，探測深度則從幾米到五十幾米。

國際上探地雷達技術(shù)發(fā)展迅猛，而國內(nèi)探地雷達則晚于國外，理論、技術(shù)在一些高校及研究機構(gòu)的試驗性雷達儀器基礎上得到發(fā)展，并且不斷完善。

2、探地雷達的工作原理及特點

其基本原理是：發(fā)射機用發(fā)射天線與12.5M至1200M的頻率和0.1ns寬度的波，接收返回地面的波。信號由接收天線輸入接收器中，經(jīng)由示波器，然后放大。

根據(jù)示波器有無反射波，可判斷是不是存在目標;可用反射信號抵達的時間以及物體的反射波的平均速度大致算出目標的距離。這個工作原理與探測雷達的相近似，唯有電磁波的傳播介質(zhì)不同。

探地雷達技術(shù)有四個特點。1.無損勘探。探地雷達利用無損檢測技術(shù)，可在不損壞地表情況下用電磁波勘探，可以應用在城市或施工現(xiàn)場的工程場地。2.有強大的抵抗干擾的能力?？梢远ㄏ?qū)Φ孛姘l(fā)射，屏蔽地表電磁干擾，在城市種種喧囂中不受影響。3.定位快速準確。它的中心頻率可以達到幾千兆赫茲，探測分辨率可以達到幾厘米，還可直接提供實時剖面圖。4.靈活便攜。野外操作方便簡單，使用便攜式計算機控制數(shù)據(jù)的搜集并進行處理，便于帶走，可高效采樣，還可快速移動天線。

3、探地雷達技術(shù)應用分析

中國已有了豐富的研究經(jīng)驗并取得了些許研究成果，累積了比較豐厚的探測方面的經(jīng)驗。

3.1 探地雷達技術(shù)研究

理論方面，目前在處理信號的問題上，為了更簡便地區(qū)別圖像以及詮釋地質(zhì)，物質(zhì)技術(shù)方面的研究員常運用比較先進的方法來處理數(shù)據(jù)。例如：可用于處理數(shù)據(jù)的分形、小波分析等[ ]。脈沖電磁波在地下穿過介質(zhì)時，因為探地雷達收到了較為復雜的信號，容易使波的圖像和波動程度發(fā)生較嚴重的改變;當產(chǎn)生脈沖余震，系統(tǒng)內(nèi)有干擾甚至地表粗糙時，會造成繞射、散射等的干擾，從而辨別不出真實的圖像。

3.2組合鉆探技術(shù)和探地雷達技術(shù)

探地雷達有很多優(yōu)點。如，分辨率的誤差在5000mh的雷達波下可達幾厘米，并在檢測中不會毀壞地下結(jié)構(gòu)。

但高頻的電磁波在地下介質(zhì)中易衰減特征，這對于探測深度有所限制。目前，在淺層能表現(xiàn)地質(zhì)的界面可以運用探地雷達檢測技術(shù)，但在深層次中不可忘卻鉆探這門傳統(tǒng)技術(shù)，二者相組合，方可發(fā)揮大作用。

兩項技術(shù)相結(jié)合，可以避開其中一項的短板。例如某一河谷的階地被侵蝕，以致地勢較別處平坦。在勘測設計階段完成了鉆探，繪出地層的截面圖和鉆孔的柱形圖，然而，開始施工后，報告顯示的挖掘的情況和現(xiàn)實的自然地質(zhì)條件有差異。此時采用探地雷達技術(shù)勘察，現(xiàn)場開挖證實了探地雷達的結(jié)論。

傳統(tǒng)的鉆探可以鑒別并且形容土地表層，是以前常用的方法。然而，鉆探技術(shù)也有局限[ ]。它只能看出“點”的方面，孔孔間的分析推斷憑借的是多年的經(jīng)驗以及優(yōu)秀的推測力，但是將兩種技術(shù)組合，把鉆孔資料作為根本，再將探地雷達作為填充，就可從客觀上全面剖析場地的地質(zhì)條件。

3.3探地雷達探測技術(shù)的應用

探地雷達的應用領域是多種多樣的。該方法已成功用于繪制冰的厚度，湖泊深度，基巖深度，土壤層和地下水位。它也用于解釋巖石的構(gòu)造，檢測空隙和識別巖溶特征。它突出顯示了雷達在高分辨率下有效確定基巖中土壤地層和裂縫方面的應用。

現(xiàn)我國具有多個探地雷達，幾乎所有部門均擁有它。工程技術(shù)職員在各自的工作領域中進行了更深層次、更系統(tǒng)、更全面的研究，隨著更深入的研究，可以使這項技術(shù)的運用范圍更加廣闊，使我國的探測水平更加先進。

3.3.1邊坡工程中應用探地雷達技術(shù)

由于工程規(guī)模的加大，很多高陡邊坡顯現(xiàn)出來，滑坡現(xiàn)象時有發(fā)生，而滑坡每年都會給我國帶來財產(chǎn)損失。因此，對個人、對村莊、對國家，都有研究邊坡的必要性，與此同時，出現(xiàn)了很多分析邊坡的新理論、新手段。但這些理論、手段，大多沒有大方向考慮發(fā)生滑坡的原因。對邊坡穩(wěn)定性有影響的因素眾多，其中，地質(zhì)和非地質(zhì)因素為關鍵因素。

地質(zhì)因素是其物質(zhì)基礎，非地質(zhì)因素則湊成了滑坡現(xiàn)象的外在因素及引發(fā)條件。滑坡體在非地質(zhì)因素作用下，凸顯出特別的特性，為研究滑坡提供了前提條件。

3.3.2應用探地雷達技術(shù)評價地基

人口眾多導致如今多為高樓，高層建筑對于地基有幾近嚴苛的標準，務必保證房屋的安全，如此需要對此處的地質(zhì)環(huán)境有所明晰。傳統(tǒng)的鉆探方法對于寬廣的地下情況無法精確獲悉。而且，非均勻地質(zhì)體在我國很多地區(qū)，例如東南沿海甚至多數(shù)山區(qū)都會發(fā)現(xiàn)。而探地雷達技術(shù)有其區(qū)別于傳統(tǒng)方式的特性，它可勘測的范圍大、獲取的結(jié)果分明。

有諸如換土、強夯之類的措施可用于處理應對非均勻地質(zhì)情況以及地基發(fā)生的液化現(xiàn)象。也可用探地雷達技術(shù)對處理應對之后的結(jié)果進行評價。

3.3.3將探地雷達運用在路基路面中

高等級公路嚴苛要求路基路面的質(zhì)量問題。鉆探抽樣技術(shù)不是典型的方法，它會損壞高等級公路，無法滿足需求。若想使檢查公路質(zhì)量時安全通過，則需用到探地雷達技術(shù)。在路基路面工程中，公路病害、路面厚度均可由探地雷達進行勘探，利于提出有參考價值的建議。

4、探地雷達的不足之處

任何事物均有兩面性，探地雷達這項技術(shù)好處眾多，但也存在一些限制因素。它可能受到外界因素的影響，城市喧囂聲、信號干擾聲，甚至儀器自身也帶有噪聲，這些繁雜的聲音，會擾亂有用信號，進而使進一步的研究極為困難，還需思索如何盡量避免噪音的影響。除此之外，它的計算可能會有偏差，能否定性分析目標的各種特征，均需考慮。

結(jié)語：

探地雷達技術(shù)是一種新出現(xiàn)的勘探手段，能添補鉆探技術(shù)的短板，之后在巖土工程勘探中可能出現(xiàn)探地雷達作為主導，鉆探成為輔助的景象，從而解決傳統(tǒng)勘查手段難處理的問題，這將使得探地雷達技術(shù)能在巖土工程中甚至各個領域廣泛運用。

參考文獻：

[ ]殷文博.綜合勘察技術(shù)在巖土工程勘察中的應用分析[J].西部資源，2018（02）：95-96.