浅谈路基灌浆效果检测中探地雷达的使用

摘要:随着探地雷达在工程领域的广泛应用,取得了较好的应用效果。将探地雷达用以检测路基的注浆质量和检测效果进行简要介绍。

Abstract:As the Ground Penetrating Radar is widely used in project field and obtains great effect,the application of ground penetrating radar in roadbed grouting effect test is briefly introduced.

关键词:灌浆路基;探地雷达;注浆效果

Key words:Roadbed Grouting; Ground Penetrating Radar; Grouting Effect

中图分类号:U41 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)01-0174-01

1概述

高速公路填方路基路面开裂大都是因为路基不均匀沉降引起的,施工单位一般采用灌浆的方法来对软弱路基加固,从而达到控制不均匀沉降的目的。但是对于如何判定注浆是否达到技术要求,以前是观测注浆压力泵车的压力表或观测注浆的是否有水泥浆液流出进行判定,这两种方法的人为因素较大,不能充分了解水泥浆在路基里的情况。自探地雷达引入到公路检测行业后,在多种检测项目中均得到广泛运用,路基注浆效果检测就是其中一项。一般情况下路基在注浆后一个星期,水泥浆液里的水份及遗留在路基中的注浆管就可以用探地雷达进行探测,帮助判定路基注浆效果,经过多次试验,探测效果明显。

2探地雷达工作原理

探地雷达系统主要由主机、天线(1000MHz)(含光纤或电缆传输线)、显示器组成。天线部分一般包含发射机和接收机两部分,发射机发射高频电磁波信号到地下介质中,反射回来的信号被接收机接收,然后在接收机内通过A/D转换器把模拟信号转换成数字信号,通过传输线将信号传送到主机并储存起来供以后分析使用。

探地雷达类似探空雷达,通过发射天线以脉冲形式向地下发射高频电磁波。由于材料成分、结构及环境不同,不同介质的地球物理性质(如介电常数)存在较明显的差异,使雷达波在介质的分界面上产生反射,并被接收天线接收。电磁波在两种不同地球物理性质的介质的分界面会发生反射和折射,反射和折射能量的大小与界面上下介质的地球物理性质有关,反射波与入射波幅值比为反射系数,折射波与入射波幅值比为折射系数。

通常来说,在工程检测中使用的探地雷达天线的主频一般相对较高,遇到的介质多为无磁性,且以位移电流为主的介质,因此在计算电磁波在地下介质的传播速度时只需要考虑介电常数,便可得电磁波传播速度。填方路基中回填物大多为块石、粘土及低标号的混凝土,采用灌浆方式处理过的路段还有水泥浆及遗留在路基中的注浆管等物,其相对介电常数一般均有不同,因而其反射波的频率、振幅、相位也将不同,跟据发射和接收电磁波的前后变化就可以判断灌浆效果。

通过对灌浆路基的检测,可获得一系列的雷达检测数据,压制数据中的随机波和有规则的干扰波后能最大限度地提高雷达剖面的信噪比,提取电磁回波中的各种有用参数,用来解释不同介质的物理特征。

3工程实例

该路段为云南省正在建设的某高速公路,开裂段为沿河路段,局部地段路基为河流改道后回填处理,因路基沉降不均匀,在施工转序前出现路基纵向开裂,绵延数十米,最大裂缝深度达5cm。经设计单位和建设指挥部讨论采取了向路基进行不同深度(4~9m深)预支钢管注浆的方法进行处理。受指挥部委托我单位对路基注浆的深度和注浆饱满度进行雷达探测,根据本次探测任务及现场实际情况,我们采用了100MHz天线。

3.1 雷达测线布设路基幅宽11m,施工单位共布设了1O排注浆孔,孔间距1.5mx 1.5m,注浆深度为4m、6m、9m不等。所布设雷达测线错开未切割的金属注浆管。

3.2 注浆路基雷达探测剖面及结果解释(1)为了保证探测的有效性和证明雷达波能穿透路基,在有涵洞分布的注浆路基上方进行了试验。经测量涵洞距路面10m左右,根据经验,雷达图像上出现明显的“双曲线”为空洞的这一特征,我们通过雷达图像在330ns附近可分辨出涵洞(见图1),据此证明雷达波能有效地穿透路基。(2)为证明探地雷达能很好地分辨出注浆路基与未注浆路基,可在注浆路基与未注浆路基分界处进行剖面试验。(3)通过了解施工单位对路基注浆后遗留竖向金属注浆管并未取出,探地雷达对未取出的金属管进行探测,可以为施工单位进行注浆提供有力的证据。为此我们在隧道里灯架下采集了一段受金属干扰的雷达波图像,目的是了解一下雷达波在钢管比较密集时的雷达图像。(4)通过上述探测的试验和论证,我们对路面进行了全断面探测,并最终对注浆深度、注浆密实度及注浆效果做出辨断。

提交成果后,指挥部通过打孔对成果进行复核,发现了大量密实的水泥块、探地雷达探测的注浆深度与实际开挖深度相吻合、存在一定量残留在路中的金属注浆管。

4结论

(1)应用探地雷达对涵洞的探测可以反过来验证雷达波是否可以穿透要探测的路基,这种寻找参照物的方法对雷达数据采集的有效性十分必要。(2)探地雷达在工程检测中取得了很多成功,但是它不是"万能的",分析探测目标的结构十分必要,如在此次检测中证明了钢管的深度也就能反推施工单位是否按设计进行施工,对施工质量检测是一个有力的佐证。(3)在雷达数据采集过程中,干扰在所难免,除去人为可以控制的条件,选择一款屏蔽效果好的天线十分必要,本次工程检测所使用的MALA雷达天线屏蔽效果好,杂波少,给检测带来很多方便。

通过对公路注浆路基的雷达探测多次试验和开挖验证,表明探地雷达探测路基注浆具有很好的地球物理条件,可操作性强,对路面无损、判断快速、成果准确性较高。探地雷达作为工程检测的有效工具具有很好的推广性。

参考文献:

[1] 李大心.探地雷达方法与应用[M].北京:地质出版社,1994,12.

[2] 徐伯勋,白旭滨,于常青.地震勘探信息技术提取、分析和预测[M].北京:地质出版社,2001,12