地质雷达法在市政工程地下病害体探测中的应用

2024-01-29赵海超张召彬李汇丽唐一兢

西部探矿工程 2024年1期

赵海超，张召彬，李汇丽，李朝，唐一兢

（河北双诚建筑工程检测有限公司，河北石家庄 050221）

1 概述

在老旧城区道路改造过程中，由于地下管网错综复杂，原有管道极易破损，易造成渗漏水、空洞、地面塌陷等病害，危害道路交通安全，迫切需要提前查明地下病害体的形态、发展趋势及危害程度，为道路施工方案的优化和防治工程的设计提供基础资料，从而保障人民的生命财产安全，地质雷达因其能快速有效地查明地下病害体的优点被作为最常用的手段之一。

2 地球物理特征及勘探方法原理

地质雷达利用高频电磁波（主频为数十MHz 至数百MHz以至千MHz）以宽频带段脉冲（脉冲宽为数ns以至更小）形式，由地面通过天线T送入地下，经地下地层或目的体的发射后返回地面，为另一天线R所接收，如图1所示，根据接收到的回波来判断反射界面的存在。

图1 地质雷达法原理示意图

物探方法应用的物性前提是目标异常体与周围介质的介电常数和电磁波波速存在明显差异，市政工程的地质条件一般包括填土、粘土、砂土、混凝土、沥青等，当其富水时，介电常数增高；当产生塌陷空洞时，介电常数增高。根据此物性特征便可在勘察区圈定出富水体或空洞的分布情况，并推断其地质特征，这为利用地质雷达法寻找地下病害体提供了有利的地球物理前提。各种相关介质介电常数见表1。

表1 常见介质电性参数表

3 实例应用

某新建道路工程横穿地铁站，该地铁站为明挖施工，盖板后进行回填夯实，当移交作为路基时，要求对其回填质量进行探测。

3.1 勘测装置

本次地质雷达法使用的仪器是由拉脱维亚生产的Zond-12e 型地质雷达仪，配备100MHz 和500MHz 屏蔽天线。该仪器轻便灵活，集先进的发射、接收功能于一体，体积小，重量轻，具备超高精度及完善的抗干扰技术，可满足各种野外复杂环境下工作。

本次地质雷达探测采用“田”字型测线布置，测线间距为5m，使用100MHz天线时，采用50～60ns时窗，采样点数512点；使用500MHz天线时，采用33ns时窗，采样点数512点，测量方法主要采用连续剖面法进行测量观测。

3.2 案例分析

（1）由图2实测地质雷达剖面数据和地质解释图可以看出，该处地质雷达剖面1～3m 深度同相轴连续，雷达波原始色谱基本未见强反射及同相轴缺失，同时该部分介质分层明显，同层底层介质较为均匀。各地层实测信号经计算回填介质介电常数约为9～11，电磁波波速约为100～140m/µs，电导率约为0.2～1.3S/m。推测该剖面回填效果良好。

图2 P 1测线综合解释成果

（2）由图3实测地质雷达剖面数据和地质解释图可以看出，隧道盖板上部各部地层界面分层较为明显，地质雷达剖面数据显示有1处异常，该处地质雷达连续检测剖面0.5～2m 深度同相轴出现错断，雷达波原始波谱基本没有存在反射现象，表明该部介质较为均匀。通过各地层实测参数计算可知该处介质介电常数约为0～1，电磁波波速约为250～300m/µs，电导率约为0～0.014S/m，通过对照表1可知三项参数大小接近电磁波在空气中的传播电性参数值，判定该处为回填不密实区，不密实形态多以空洞形式存在。后期通过钻孔取芯，芯样显示结果与地质雷达探测结果基本一致。

图3 P2测线综合解释成果图

（3）由图4实测地质雷达剖面数据和地质解释图可以看出，隧道盖板上部各部地层界面分层较为明显，地质雷达剖面数据显示有7处异常，该处地质雷达连续检测剖面1～3m深度同相轴出现错断，雷达波原始波谱基本没有存在反射现象，表明该部介质较为均匀，通过各地层实测参数计算可知该处介质介电常数约为0～1，电磁波波速约为240～300m/µs，电导率约为0～0.013S/m，通过对照表1可知三项参数大小接近电磁波在空气中的传播电性参数值，判定该处为回填不密实区，不密实形态多以空洞形式存在。空洞之间的土层介电常数约为11～15，电磁波波速约为40～135m/µs，电导率约为0.1～1S/m，通过对照表1可知三项参数与理论参考合格数据都存在较大差异，表明其回填质量较为松散，密实程度较差。后期通过钻孔取芯，芯样显示结果与地质雷达探测结果基本一致。可靠。