探地雷达测试技术在房屋地基基础检测中的应用

2019-02-15徐同桐周志奇何子苗

山西建筑 2019年4期

徐同桐周志奇何子苗

(兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州 730070)

1 工程概述

2 400头种猪示范场作为现代畜牧业产业示范项目，地处新疆昌吉市老龙河地区，整个这片地区地形为山前冲洪积倾斜平原的地貌，地形相较于其他地区，较为平坦，且总地势为西高东低的地势特征。该地形区域地层的土种类主要为粉土，颜色是土黄色。该地层土的干强度为低到中等，其韧性为低到中等，其摇振反应为中等到高。土层上部含有植物根系，在勘探深度6.5 m～8.0 m内未揭穿。该区域场地的地基缺陷属于非自重湿陷性Ⅰ级。场区内待测的配种怀孕舍地平部分为8 cm混凝土板，强度C25;其下层采用30 cm戈壁土填充，最下层为细粒粉土。

该场区地面及地基基础设计的分层情况依次为:8 cm混凝土、30 cm戈壁土、素土。若施工控制不当，在混凝土板与戈壁土之间容易出现空洞或空隙，导致过多的上层荷载施加在地面其他部位发生应力集中，存在局部过载致灾的潜在危险，这将引起工舍施工和使用过程中的不安全性。

2 检测方法与过程

2.1 检测方法

我们在现场实地采用LTD-2000探地雷达与GC900M天线的组合检测装置。该检测装置主要由主机、天线等组成(如图1所示)。其工作原理是，当探测雷达在工作状态的过程中，它往地底结构发射高频且特定调整好强度的电磁脉冲，当该电磁脉冲遇到特性不一样介质分界面时会出现散射以及反射的现象，该检测测试雷达会立即接收并记录这些检测信号［1］，然后继续通过内部的信号处理，处理这些信号，这样便能了解地下地层具体的情况(见图2)。如果检测过程中遇到当电磁波从混凝土地面传到下层地层机构时，交界面处两者贴合不好或者存在空洞的情况下，这会导致检测图像的幅值和相位发生异常变化，因此这样便可以发现该检测工程中的工程缺陷。

图1 LTD-2000探地雷达主机

2.2 检测步骤

在当地的现场实地检测中，我们采用的是由中国电波传播研究所研制并提供使用的检测雷达(如图1所示)与雷达天线。当该探地雷达处于检测状态时，应该将发射与接收天线和地表面尽可能紧紧贴合在一起，并且沿着测线滑动，整个过程由雷达主机发射电磁脉冲信号，随后并进行迅速采集［3］。

为保证测量位置的准确性，应该在地表面上每隔5 m作一个明显标记，并且标上该位置具体的里程数。现场测试的具体步骤如下:

1)天线选型。

针对本次检测的具体情况，检测过程主要从图像呈现的具体像素分辨率、土层的穿透力、地基结构的稳定性和现场施工情况四个方面综合衡量，我们通过现场调试和施工质量检查，选择了900 MHz天线。900 MHz天线的最大探测范围为3 m，通过调整时间窗和传播速度，设置最大探测范围为1.0 m。

2)参数记录的确定。

我们前期工作中，选定合适的天线之后，先进行参数记录试验。由实地检测的最终检测结果后，我们确定如下的参数:

a.将检测速度控制到5 km/h左右;

b.检测频率重复设置为64;

c.将每个地表采样点设置为512个时间采样点;

d.将信号位置设置为128;

e.将检测雷达天线的时间窗设置为9 ns;

f.检测采用9点分段增益，并且采用线性增益;

g.检测过程采用连续检测的方法。

在检测结果处理的过程中，将现场检测采集到的具体图像，通过计算机进行整合数据处理，将最后的检测结果绘制成随时间变化的雷达剖面图。当检测过程中出现的具体异常部位，通过多次精密测量，将全部剖面测线记录单独写成具体文件，而且一边进行数据采集的检测一边同时进行实时的监控，如果遇到随机情况时，立刻组织复测，目的是确保所有数据都为准确记录。

图2 LTD探地雷达工作原理

3 检测数据处理

3.1 图像分析

在本节中，就本次现场检测中出现的典型雷达图象进行详细说明:

1)正常情况(见图3):整体表现情况为该土层的连续性较好，从图中看出混凝土地板与戈壁土层之间的分界面特别清楚。

图3 正常的探地雷达检测数据处理后的图像

2)虚假异常(见图4):这种虚假异常主要是由地面上插入地层的障碍物(如电线杆等)引起的异常。这类异常主要表现为连续性突然中断，从上往下的检测雷达所反映出来的波形发生错乱，但这种虚假异常通常不是施工质量的判断依据。我们在现场实地检测时，该探地雷达工作到相对应的点时，会随时记录该具体位置与测量文件的道数，在最后出检测报告时，能够避免将该点发生的异常情况判断为质量异常。

3)局部空隙或空洞(见图5):当混凝土层与戈壁土之间存在空隙或尺度较小的空洞(小于3 cm)时，雷达波局部信号突出，空隙或空洞区域雷达发射信号不受其他信号干扰，无重叠现象，附近区域地层结构无明显突变。