工程勘察中物探方法的应用探讨

涂凤华

摘要：地质雷达作为一种快速、高效、经济的探测手段，已经在工程建设、地灾防治等领域中得到了很好的应用，特别是在工程的地质勘查中更是发挥着不可替代的作用。本文介绍了地质雷达的基本原理，对地质雷达在工程地质上的应用进行了探讨和分析。

关键词：物探方法;地质雷达;工程勘察;检测

工程在进行施工之前，特别是一些地质形态比较复杂，工程规模较大的工程必须对其周围的地质地貌进行仔细、全面、科学的勘察，才能为工程的顺利实施奠定坚实的技术、材料支持。目前物探技术紧密依托先进的计算机技术，在工程地质勘查中扮演者重要的角色，并不断地向探测范围更广、探测精度更高、探测技术更先进的方向发展，物探方法在大坝隐患检测、桩基检测、及城市地下管网探测等领域得到了极为广泛的应用。而上世纪九十年代引进的地质雷达技术由于其快速、无损、精度高的特点，在非找矿领域更是得到了广泛应用。在实际工作中一些工业厂房的地坪，尤其是钢筋混凝土地坪，由于上部要承受较大的负载而产生局部开裂的现象，开裂原因往往是由于基础不均匀沉降造成地坪下局部脱空引起的。对于钢筋混凝土地坪，设计人员往往根据负载的大小确定地坪的制作方案及回填土的压时系数。实际工作中应对土方回填进行严格的质量控制，必要时还要进行取样检测压实系数是否符合设计要求，对钢筋网片及混凝土进行检查验收等事前控制、事中控制等措施。

目前采用的方法是对可疑地段进行钻孔验证，但这种方法对钢筋混凝土面层造成了破坏，影响了地面的整体受力状态，同时其检测的只是一个点，代表性较差缺乏说服力。不像地质雷达是一种连续测量，可以检测点、线甚至面，检測结果更具代表性和说服力，并且做到了无损检测。地质雷达在我们近期某临海工程地下室地坪检测中取得了较好的效果。

1.测区概况

该工程是在填海造地的基础上建设起来的。地下室地面低于海平面约1.4m，地下室地坪为混凝土、厚度0.7m，地坪下的介质依次为回填土、海床（局部可能有淤泥）。回填土之中埋设有地下管道（埋深约2m以浅）、并通过地下室地坪用钢筋悬挂之。由于地下室地面发生了经过管线检修孔溢出海水的现象，推测是不均匀沉降引起地下管道变形、破裂所致。因此，探测的目的就是要对地坪下管道是否存在破裂和变形、回填土是否存在局部沉降和脱空作出科学的推断，为从根本上治理隐患提供科学依据。

2.检测技术

2.1地质雷达测量的基本原理

（1）地质雷达（又称探地雷达Ground Penetrating Radaar，简称GPR）方法，是利用高频电磁波（1一1000MHz），以脉冲形式通过发射天线被定向地送入地下。雷达波在地下介质中传播时，当遇到存在电性差异的地下介质或目标时，电磁波便发生反射，返回地面后由接收天线所接收。在对接收天线所接收到的雷达波进行分析和处理的基础上，根据所接收到的雷达波波形、强度、电性及几何形态特征，推断地下地层（或目标体）。

（2）图1为地质雷达方法探测原理图发射天线（T）和接收天线（R）紧靠地面，由发射机发射的短脉冲电磁波发射天线辐射传人地下，电磁波在地下介质中传播时的速度、路径，主要受介质的相对介电常数和电导率的影响。两种介质的交界部位介电常数的变化，电磁波发生类似光学的反射和折射，反射的强弱与介电常数直接有关。雷达波从发射天线发射到被接收，其行程时间：

式中：Z为反射接口深度，x为发射天线到接收天线间的距离，V为电磁波在介质中传播的波速，c为光速（c=0.3m/ns，），为介质的相对介电常数，当波速v已知时，通过读取雷达剖面上行程时间来计算接口深度z值。

图1  地质雷达探测原理图

（3）在实际的外业施工过程中，因为地下介质变化较为复杂，通常采用验证或者根据已知设计图纸等办法来确定不同地段、不同深度地下介质的电磁波速度。对比统计行程时间与探测对象埋深相关系数，求得平均速度，再根据速度来推断探测对象的埋深。

（4）在仪器性能和地下介质一定的情况下，探测深度取决于工作频率选择及地层的衰减系数。

（5）一般天线频率越高，则探测深度越浅，分辨率越高;天线频率越低，则探测深度越深，分辨率越低。因此，地质雷达技术存在着探测深度与分辨率的取舍或优选问题。

2.2技术参数选择与侧网布置。

（1）检测设备与参数选择。本次检测使用美国SIR-2型地质雷达系统，脉冲发射数32个/秒，样点数512个/扫描线，50根扫描线/秒。采用中心频率为100MHz，500MHz的屏蔽天线，测量方式为连续的剖面测量。使用500MHz屏蔽天线时所选用的记录长度为50ns;使用100MHz屏蔽天线时所选用的记录长度为100ns。技术参数的选择均由现场试验确定。