工程勘察中物探方法的應(yīng)用探討

涂鳳華

摘要：地質(zhì)雷達(dá)作為一種快速、高效、經(jīng)濟(jì)的探測(cè)手段，已經(jīng)在工程建設(shè)、地災(zāi)防治等領(lǐng)域中得到了很好的應(yīng)用，特別是在工程的地質(zhì)勘查中更是發(fā)揮著不可替代的作用。本文介紹了地質(zhì)雷達(dá)的基本原理，對(duì)地質(zhì)雷達(dá)在工程地質(zhì)上的應(yīng)用進(jìn)行了探討和分析。

關(guān)鍵詞：物探方法;地質(zhì)雷達(dá);工程勘察;檢測(cè)

工程在進(jìn)行施工之前，特別是一些地質(zhì)形態(tài)比較復(fù)雜，工程規(guī)模較大的工程必須對(duì)其周圍的地質(zhì)地貌進(jìn)行仔細(xì)、全面、科學(xué)的勘察，才能為工程的順利實(shí)施奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)、材料支持。目前物探技術(shù)緊密依托先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，在工程地質(zhì)勘查中扮演者重要的角色，并不斷地向探測(cè)范圍更廣、探測(cè)精度更高、探測(cè)技術(shù)更先進(jìn)的方向發(fā)展，物探方法在大壩隱患檢測(cè)、樁基檢測(cè)、及城市地下管網(wǎng)探測(cè)等領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。而上世紀(jì)九十年代引進(jìn)的地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)由于其快速、無(wú)損、精度高的特點(diǎn)，在非找礦領(lǐng)域更是得到了廣泛應(yīng)用。在實(shí)際工作中一些工業(yè)廠房的地坪，尤其是鋼筋混凝土地坪，由于上部要承受較大的負(fù)載而產(chǎn)生局部開(kāi)裂的現(xiàn)象，開(kāi)裂原因往往是由于基礎(chǔ)不均勻沉降造成地坪下局部脫空引起的。對(duì)于鋼筋混凝土地坪，設(shè)計(jì)人員往往根據(jù)負(fù)載的大小確定地坪的制作方案及回填土的壓時(shí)系數(shù)。實(shí)際工作中應(yīng)對(duì)土方回填進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，必要時(shí)還要進(jìn)行取樣檢測(cè)壓實(shí)系數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)鋼筋網(wǎng)片及混凝土進(jìn)行檢查驗(yàn)收等事前控制、事中控制等措施。

目前采用的方法是對(duì)可疑地段進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證，但這種方法對(duì)鋼筋混凝土面層造成了破壞，影響了地面的整體受力狀態(tài)，同時(shí)其檢測(cè)的只是一個(gè)點(diǎn)，代表性較差缺乏說(shuō)服力。不像地質(zhì)雷達(dá)是一種連續(xù)測(cè)量，可以檢測(cè)點(diǎn)、線甚至面，檢測(cè)結(jié)果更具代表性和說(shuō)服力，并且做到了無(wú)損檢測(cè)。地質(zhì)雷達(dá)在我們近期某臨海工程地下室地坪檢測(cè)中取得了較好的效果。

1.測(cè)區(qū)概況

該工程是在填海造地的基礎(chǔ)上建設(shè)起來(lái)的。地下室地面低于海平面約1.4m，地下室地坪為混凝土、厚度0.7m，地坪下的介質(zhì)依次為回填土、海床（局部可能有淤泥）。回填土之中埋設(shè)有地下管道（埋深約2m以淺）、并通過(guò)地下室地坪用鋼筋懸掛之。由于地下室地面發(fā)生了經(jīng)過(guò)管線檢修孔溢出海水的現(xiàn)象，推測(cè)是不均勻沉降引起地下管道變形、破裂所致。因此，探測(cè)的目的就是要對(duì)地坪下管道是否存在破裂和變形、回填土是否存在局部沉降和脫空作出科學(xué)的推斷，為從根本上治理隱患提供科學(xué)依據(jù)。

2.檢測(cè)技術(shù)

2.1地質(zhì)雷達(dá)測(cè)量的基本原理

（1）地質(zhì)雷達(dá)（又稱探地雷達(dá)Ground Penetrating Radaar，簡(jiǎn)稱GPR）方法，是利用高頻電磁波（1一1000MHz），以脈沖形式通過(guò)發(fā)射天線被定向地送入地下。雷達(dá)波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)，當(dāng)遇到存在電性差異的地下介質(zhì)或目標(biāo)時(shí)，電磁波便發(fā)生反射，返回地面后由接收天線所接收。在對(duì)接收天線所接收到的雷達(dá)波進(jìn)行分析和處理的基礎(chǔ)上，根據(jù)所接收到的雷達(dá)波波形、強(qiáng)度、電性及幾何形態(tài)特征，推斷地下地層（或目標(biāo)體）。

（2）圖1為地質(zhì)雷達(dá)方法探測(cè)原理圖發(fā)射天線（T）和接收天線（R）緊靠地面，由發(fā)射機(jī)發(fā)射的短脈沖電磁波發(fā)射天線輻射傳人地下，電磁波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)的速度、路徑，主要受介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)和電導(dǎo)率的影響。兩種介質(zhì)的交界部位介電常數(shù)的變化，電磁波發(fā)生類似光學(xué)的反射和折射，反射的強(qiáng)弱與介電常數(shù)直接有關(guān)。雷達(dá)波從發(fā)射天線發(fā)射到被接收，其行程時(shí)間：

式中：Z為反射接口深度，x為發(fā)射天線到接收天線間的距離，V為電磁波在介質(zhì)中傳播的波速，c為光速（c=0.3m/ns，），為介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，當(dāng)波速v已知時(shí)，通過(guò)讀取雷達(dá)剖面上行程時(shí)間來(lái)計(jì)算接口深度z值。

圖1? 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理圖

（3）在實(shí)際的外業(yè)施工過(guò)程中，因?yàn)榈叵陆橘|(zhì)變化較為復(fù)雜，通常采用驗(yàn)證或者根據(jù)已知設(shè)計(jì)圖紙等辦法來(lái)確定不同地段、不同深度地下介質(zhì)的電磁波速度。對(duì)比統(tǒng)計(jì)行程時(shí)間與探測(cè)對(duì)象埋深相關(guān)系數(shù)，求得平均速度，再根據(jù)速度來(lái)推斷探測(cè)對(duì)象的埋深。

（4）在儀器性能和地下介質(zhì)一定的情況下，探測(cè)深度取決于工作頻率選擇及地層的衰減系數(shù)。

（5）一般天線頻率越高，則探測(cè)深度越淺，分辨率越高;天線頻率越低，則探測(cè)深度越深，分辨率越低。因此，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)存在著探測(cè)深度與分辨率的取舍或優(yōu)選問(wèn)題。

2.2技術(shù)參數(shù)選擇與側(cè)網(wǎng)布置。

（1）檢測(cè)設(shè)備與參數(shù)選擇。本次檢測(cè)使用美國(guó)SIR-2型地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)，脈沖發(fā)射數(shù)32個(gè)/秒，樣點(diǎn)數(shù)512個(gè)/掃描線，50根掃描線/秒。采用中心頻率為100MHz，500MHz的屏蔽天線，測(cè)量方式為連續(xù)的剖面測(cè)量。使用500MHz屏蔽天線時(shí)所選用的記錄長(zhǎng)度為50ns;使用100MHz屏蔽天線時(shí)所選用的記錄長(zhǎng)度為100ns。技術(shù)參數(shù)的選擇均由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。