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彼岸高科进口探地雷达在厦门建筑工程中的应用
2013-02-28 17:22:37 彼岸科仪有限公司上海办事处彼岸高科进口探地雷达在厦门建筑工程中的应用
彼岸集团 销售联系人 陈先生13917678358
1 引言
探地雷达是利用超高频脉冲电磁波（106～109Hz）来探测地下介质分布的一种地球物理方法。它主要通过特殊的天线（T）以尽可能无损失地将高频电磁脉冲能量耦合到地下，当地下介质存在因岩石的物理或化学性质变化引起的电性差异时，一部分脉冲电磁波的能量会被反射并被接受天线（R）记录下来。若已知电磁波在地下介质中的介电常数或传播速度，根据反射波的双程旅行时间就可以得到地下岩性界面的深度（图略）。
近几年来，为了满足厦门地区基础工程建设及其质量无损检测需要，我们引进技术先进的雷达系统，对本岛某些基础工程中的孤石、地下暗穴、开挖界线和洞壁衬砌砼厚度进行探测，取得了明显的效果，积累了一些有益的经验。下面以几个特殊工程地质问题的探测实例，说明雷达技术在解决工程地质问题和检测工程质量方面的作用及笔者在实际工作中的一些体会。
2 探测实例
2.1 探测地下暗穴
拟建的集美航海学院培训楼为3～8层框架结构。据勘察部门资料，场地内岩土组合比较简单，地表为不厚的（1～2m）素填土和坡积砂质粘土，其下为残积砂质粘土，是区内较好的持力层，采用独立柱基。在地基施工过程中，有人反映，场地内可能有废弃的防空洞（勘察时未发现）。若如此，今后地基可能出现不均匀沉降，导致建筑物开裂并影响正常使用。院方对此十分重视，旋即委托我们使用探地雷达进行探测，查明了防空洞大小、走向及深度。防空洞主要开挖在粘土层中，深度不超过10m，故雷达探测的参数采用500ns的观测时窗，天线距1m，测距0.2m，数字采集多次叠加（达128次），测线沿地梁布置，个别与之垂直，以控制防空洞大小。防空洞废弃已久，且大部分塌陷或被其他物质充填，由于充填物结构松散，含水量大，电磁波在这种低速介质中具有较强的吸收作用，容易产生多次反射而形成多次波，与结构密实的粘土层形成的反射波有一定差异，据此可以圈定防空洞位置或塌陷扰动范围。探测结果表明，拟建场地内确有隐伏的洞穴和因洞穴塌陷形成的陷落柱存在，且在拟建的主楼之下。后经12个钻孔验证，在圈定的陷落区内钻进2～3m便遇到受过扰动的松软层，5个钻孔无一例外。随后在开挖夯实过程中进一步证实，雷达探测结果与实际基本一致，博得委托单位和施工部门好评。
2.2 探测开挖界线
湖里某住宅工程，地面软弱土层厚度较薄，采用大开挖换土垫层来加固地基。工程验收之际，建设单位对施工单位提交资料中的开挖范围、开挖深度、回填砼厚度有较大的疑问，但由于建设单位现场签证不全，无法提出确切证据，双方意见严重分岐。为此，我们受建设单位的委托，采用探地雷达探测开挖范围，钻探验证垫层材质。由于新回填土的密实度和含水率与未受扰动的天然岩土层有很大区别，在未受扰动的天然岩土层回填土的分界线上，雷达波相位明显错断，据此圈定开挖界线；由于回填毛石砼与岩土层有明显的物性差异，雷达波在回填砼层中应有明显的反映，但探测图（见图2）浅部无明显的层面反射，表明回填的毛石砼厚度很小，后经钻探证实，回填毛石砼厚度仅0.3m，与施工单位报的2.8m相差甚大。此次雷达探测结论得到了建设和施工单位的认可，并据此对基础工程部分进行了验收和结算，结算结果与施工单位的初算结果相差达一百多万元。
2.3 检测洞壁衬砌混凝土厚度
厦门仙岳山隧道北起南山路，南至仙岳路、纵贯仙岳山，为双洞双线四车道。两洞相距30m，分别长1 071m和1 095m。该隧道围岩主要是流纹岩，地质构造复杂，洞壁围岩破碎，因此洞壁衬砌混凝土的质量关系到隧道的安全使用，而衬砌混凝土厚度是一重要的质量指标，必须作为质量验收的重要内容之一。按常规检测混凝土厚度的方法应该是钻探取芯，但这一方法会破坏围岩与混凝土之间的防水层，引起洞壁渗漏，所以必须采用无损检测。因混凝土与流纹岩的介电系数有明显差异，为雷达探测提供了物理依据。
根据衬砌混凝土较薄的特点，我们选用900兆的高频发射天线，以确保探测精度。由于雷达记录的是电磁波在混凝土层内的双程行进时间，还必须知道电磁波在混凝土层中的传播速度，方能求出混凝土厚度，我们借助隧道口已知厚度的混凝土进行了系统参数采样，求得混凝土的相对介电常数为6.4，电磁波在其中的传播速度为0.12(m/ns)。而流纹岩相对介电系数为4.0，二者差异明显，故在雷达剖面的波形特点突出，衬砌混凝土与围岩分界线反映明显，据此读出电磁波在混凝土层内的双程行进时间乘以电磁波在其中的传播速度，就可求得衬砌混凝土厚度。通过洞口已知混凝土厚度与雷达探测厚度对比，最大误差率仅1.4%，可见探测精度较高。事实证明探地雷达也可对路面或楼面混凝土厚度进行无损检测。
3 结论
雷达技术就用于工程地质勘察和基础工程检测，是近几年来综合应用现代光学、电子学和计算机技术而迅速发展起来的最新成果。由于采用了高频宽带超短脉冲和高速采样技术，其图象和数据资料均具有很高的分辨率，优于其他物探方法。该技术具有设备简单，施工方便、经济易行等优点，可广泛应用于孤石、断裂带、破碎带、人工洞穴等地基非均质体的探测，以及混凝土厚度、钢筋混凝土中钢筋位置及数量的检测。雷达技术的推广应用对提高我市建筑工程质量具有重要意义。
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