岩土工程检测中对探地雷达技术的应用分析研究

赵肖春

【摘要】探地雷达是简单的地质雷达，这是一种通过无线电波快速定位并标记现场地下介质分布的方法。探地雷达操作简单，检测效率高，精度高。探地雷达技术利用高频电磁波反射来检测地下目标的空间位置和结构，并可用于检测金属和非金属物体。本文叙述了探地雷达的工作特点，阐述了其优于传统探测方法的方面，回顾了探地雷达技术的发展历程，分析了探地雷达技术的应用现状，最终得出探地雷达组合钻探技术可更好实现检测的结论。

【关键词】岩土工程;探地雷达技术;应用分析

如今拥有了可查看浅层土壤和岩石状况的新方法——探地雷达。在一项德国专利中探地雷达被初次提出，它接收到的信号不仅仅包含距离信息，还能测绘出地下结构。相较于传统的钻探方法，这项技术更简单，更便于调查，能用较少的钻孔查明复杂地质结构，有好的前景，探地雷达技术现已普遍用于诸多范畴。

1、探地雷达技术的发展

1904年，Hulsmeyer用电磁波来探测地下的金属物体;1910年，用探地雷达技术来定位埋藏物体由G.letmbach和H.lowy首次提出;1926年，Hulsenbech最先提出用名为脉冲的技术来确定掩埋介质的构造，得出任何一种介质的改变都会发生反射;1970年，Harison动身抵达南极从而探测冰层，获得了深度至1200m的资料;1974年，UnterbergerR.R进行了盐层探测。

20 世纪70 年代 开始，众多国家着手研究早期地质雷达仪器，落实了在浅层检测目标体的计划。20 世纪 90 年代起，很多行业都运用到了探地雷达。目前在国际上广泛使用的仪器中心频率可达10～1000MHz左右，探测深度则从几米到五十几米。

国际上探地雷达技术发展迅猛，而国内探地雷达则晚于国外，理论、技术在一些高校及研究机构的试验性雷达仪器基础上得到发展，并且不断完善。

2、探地雷达的工作原理及特点

其基本原理是：发射机用发射天线与12.5M至1200M的频率和0.1ns宽度的波，接收返回地面的波。信号由接收天线输入接收器中，经由示波器，然后放大。

根据示波器有无反射波，可判断是不是存在目标;可用反射信号抵达的时间以及物体的反射波的平均速度大致算出目标的距离。这个工作原理与探测雷达的相近似，唯有电磁波的传播介质不同。

探地雷达技术有四个特点。1.无损勘探。探地雷达利用无损检测技术，可在不损坏地表情况下用电磁波勘探，可以应用在城市或施工现场的工程场地。2.有强大的抵抗干扰的能力。可以定向对地面发射，屏蔽地表电磁干扰，在城市种种喧嚣中不受影响。3.定位快速准确。它的中心频率可以达到几千兆赫兹，探测分辨率可以达到几厘米，还可直接提供实时剖面图。4.灵活便携。野外操作方便简单，使用便携式计算机控制数据的搜集并进行处理，便于带走，可高效采样，还可快速移动天线。

3、探地雷达技术应用分析

中国已有了丰富的研究经验并取得了些许研究成果，累积了比较丰厚的探测方面的经验。

3.1 探地雷达技术研究

理论方面，目前在处理信号的问题上，为了更简便地区别图像以及诠释地质，物质技术方面的研究员常运用比较先进的方法来处理数据。例如：可用于处理数据的分形、小波分析等[ ]。脉冲电磁波在地下穿过介质时，因为探地雷达收到了较为复杂的信号，容易使波的图像和波动程度发生较严重的改变;当产生脉冲余震，系统内有干扰甚至地表粗糙时，会造成绕射、散射等的干扰，从而辨别不出真实的图像。

3.2组合钻探技术和探地雷达技术

探地雷达有很多优点。如，分辨率的误差在5000mh的雷达波下可达几厘米，并在检测中不会毁坏地下结构。

但高频的电磁波在地下介质中易衰减特征，这对于探测深度有所限制。目前，在浅层能表现地质的界面可以运用探地雷达检测技术，但在深层次中不可忘却钻探这门传统技术，二者相组合，方可发挥大作用。

两项技术相结合，可以避开其中一项的短板。例如某一河谷的阶地被侵蚀，以致地势较别处平坦。在勘测设计阶段完成了钻探，绘出地层的截面图和钻孔的柱形图，然而，开始施工后，报告显示的挖掘的情况和现实的自然地质条件有差异。此时采用探地雷达技术勘察，现场开挖证实了探地雷达的结论。

传统的钻探可以鉴别并且形容土地表层，是以前常用的方法。然而，钻探技术也有局限[ ]。它只能看出“点”的方面，孔孔间的分析推断凭借的是多年的经验以及优秀的推测力，但是将两种技术组合，把钻孔资料作为根本，再将探地雷达作为填充，就可从客观上全面剖析场地的地质条件。

3.3探地雷达探测技术的应用

探地雷达的应用领域是多种多样的。该方法已成功用于绘制冰的厚度，湖泊深度，基巖深度，土壤层和地下水位。它也用于解释岩石的构造，检测空隙和识别岩溶特征。它突出显示了雷达在高分辨率下有效确定基岩中土壤地层和裂缝方面的应用。

现我国具有多个探地雷达，几乎所有部门均拥有它。工程技术职员在各自的工作领域中进行了更深层次、更系统、更全面的研究，随着更深入的研究，可以使这项技术的运用范围更加广阔，使我国的探测水平更加先进。

3.3.1边坡工程中应用探地雷达技术

由于工程规模的加大，很多高陡边坡显现出来，滑坡现象时有发生，而滑坡每年都会给我国带来财产损失。因此，对个人、对村庄、对国家，都有研究边坡的必要性，与此同时，出现了很多分析边坡的新理论、新手段。但这些理论、手段，大多没有大方向考虑发生滑坡的原因。对边坡稳定性有影响的因素众多，其中，地质和非地质因素为关键因素。

地质因素是其物质基础，非地质因素则凑成了滑坡现象的外在因素及引发条件。滑坡体在非地质因素作用下，凸显出特别的特性，为研究滑坡提供了前提条件。

3.3.2应用探地雷达技术评价地基

人口众多导致如今多为高楼，高层建筑对于地基有几近严苛的标准，务必保证房屋的安全，如此需要对此处的地质环境有所明晰。传统的钻探方法对于宽广的地下情况无法精确获悉。而且，非均匀地质体在我国很多地区，例如东南沿海甚至多数山区都会发现。而探地雷达技术有其区别于传统方式的特性，它可勘测的范围大、获取的结果分明。

有诸如换土、强夯之类的措施可用于处理应对非均匀地质情况以及地基发生的液化现象。也可用探地雷达技术对处理应对之后的结果进行评价。

3.3.3将探地雷达运用在路基路面中

高等级公路严苛要求路基路面的质量问题。钻探抽样技术不是典型的方法，它会损坏高等级公路，无法满足需求。若想使检查公路质量时安全通过，则需用到探地雷达技术。在路基路面工程中，公路病害、路面厚度均可由探地雷达进行勘探，利于提出有参考价值的建议。

4、探地雷达的不足之处

任何事物均有两面性，探地雷达这项技术好处众多，但也存在一些限制因素。它可能受到外界因素的影响，城市喧嚣声、信号干扰声，甚至仪器自身也带有噪声，这些繁杂的声音，会扰乱有用信号，进而使进一步的研究极为困难，还需思索如何尽量避免噪音的影响。除此之外，它的计算可能会有偏差，能否定性分析目标的各种特征，均需考虑。

结语：

探地雷达技术是一种新出现的勘探手段，能添补钻探技术的短板，之后在岩土工程勘探中可能出现探地雷达作为主导，钻探成为辅助的景象，从而解决传统勘查手段难处理的问题，这将使得探地雷达技术能在岩土工程中甚至各个领域广泛运用。

参考文献：

[ ]殷文博.综合勘察技术在岩土工程勘察中的应用分析[J].西部资源，2018（02）：95-96.