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作者：王興舟王達亮李曉紅單位：吉林省公路工程質量監督站吉林省交通科學研究所

地質雷達技術是近年來發展得非常迅速的一項探測技術，以其高分辨率和高工作效率正逐漸成為地下隱蔽工程調查的一種有力工具。隨著信號處理技術和電子技術的發展以及實踐操作經驗的豐富積累，地質雷達技術不斷發展，地質雷達儀器不斷更新，應用范圍不斷擴大，現已廣泛應用于工程地質勘察、建筑結構調查、無破損檢測、水文地質調查、生態環境等眾多領域。

1地質雷達原理及特點

地質雷達(腳udprobing/pentratingradar，簡稱GPR)，是一種對地下的物體內不可見的目標體或界面進行定位的電磁技術。其工作原理是:高頻電磁以寬帶脈沖形式，通過發射天線被定向送入地下，經存在電性差異的地下地層或目標反射后返回地面，由接收天線所接收。高頻電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質的電性特征及幾何形態而變化。故通過對時域波形的采集、處理和分析，可確定地下界面或地質體的空間位置及結構。長久以來，對埋藏物體的探測是一項使人感興趣的研究課題。至今沒有任何一種單一方法能提供一個十分準確的答案。地質雷達技術作為一種迅速發展、且具有特殊吸引力的方法，主要是由于其具有高分辨率、無破損性和高效率的特點。體向后散射截面因數g，媒介的衰減系數a所決定。在均勻介質中，電磁波傳播的波長入與衰減系數a為:（公式略）其中c為電磁波在自由空間的傳播速度;ur為介質的相對磁導率;er為介質的相對介電常數;a為導電率;助為自由空間的波阻抗;W為能量衰減系數。磁導率的影響可忽略，則電磁波在介質中的傳播僅由介電常數、導電率與波的頻率決定，可由能量衰減系數W來表示:（公式略）

2地質雷達的技術參數

2.1地質雷達的探測距離地質雷達所能探測到目的體的深度稱為地質雷達的探測距離。當一個雷達系統選定后，地質雷達波在介質中的傳播距離R主要由電磁波波長入.目標電磁波的頻率越高，它在介質中衰減越快，傳播距離越短;當電磁波的頻率一定時，介質的相對介電常數越大，電導率較大時，地質雷達波會很快衰減，傳播距離短，地質雷達的探測深度淺。反之，介質的相對介電常數較小，導電率也較小，地質雷達波衰減慢，傳播距離遠，地質雷達探測的深度較深。

2.2地質雷達的分辨率分辨的定義是分辨最小異常體的能力。分辨率可分為垂直向分辨率與橫向分辨率。垂直向分辨率是指雷達剖面上所能夠區分一個以上反射界面的能力。理論上可把雷達天線主頻率波長的1/8作為垂直分辨率的極限，但由于外界干擾等因素，一般把b二入/4作為垂直向分辨率的下限，當地層厚度b小于入/4時，復合反射波波形變化很小，其振幅正比于地層厚度，這時已無法從時間剖面上確定地層厚度。水平分辨率是指地質雷達在水平方向上所能分辨的最小異常體的尺寸，根據波的干涉原理，水平分辨率通常為:式中入為雷達子波的波長;h為異常體的埋藏深度。

3地質雷達技術在工程中的應用

3.1地質雷達技術在工程地質勘察中的應用在橋梁和隧道設計、施工時，詳細了解地下水情況、巖面的起伏、破碎帶的發育具有重要意義。傳統的工程鉆探方法費時、費力，同時采集的數據有限，不能全面了解某個地區的工程地質情況，特別是在地下水豐富、巖面起伏劇烈，破碎帶又相對發育的地區，實踐證明單純依靠工程鉆探往往會產生較大的偏差，顯然不能滿足工程設計和施工的要求。結合鉆探，地質雷達能給出整個工區的剖面圖，使我們能較全面的了解整個工區的工程地質情況。

3.2地質雷達技術在橋梁工程中的應用靜壓預制樁若施工不好，會造成樁身的傾斜，影響到樁的承載能力，施工后樁身傾斜性的檢驗，可以通過地質雷達進行，效果良好。地下連續墻損壞后，對其質量的評價也可用地質雷達進行檢測。在存在流砂層的地區進行深層基礎施工時如果施工質量不好，在施工過程中造成大量地下水滲流，帶走大量粉砂，造成基坑旁側產生地下空洞，從而使周圍下沉，甚至導致基坑坍塌事故。在基坑開挖過程，除進行地面沉降和地下水位觀測外，用地質雷達在基坑周邊進行探測，可以及時發現地下空洞，消除隱患。大口徑鉆孔灌注樁作為橋墩基礎越來越引起重視，由于鉆孔灌注樁截面積越大，承受荷載越大，故對其質量要求嚴格。鉆孔灌注樁在橋梁工程中的質量控制是從對采用的鋼筋、水泥、骨料等原材料的質量控制到竣工后的質量驗收全過程均形成了規范。在質量驗收時往往采用反射波或機械阻抗法檢測樁基完整性，但無法檢測樁基鋼筋籠的布置情況，鋼筋屬于低阻抗體，吸收系數大，反射強度亦大，波形粗黑，用低頻探頭可以探測出鋼筋籠的布設情況和樁的長度。

3.3地質雷達技術在公路工程質量檢測方面的應用近年來，我國高等級公路建設事業突飛猛進，原有鉆探取芯或開挖抽樣的公路質量檢測方法不僅效率低，代表性差，而且對路面有損壞，為此極需發展一種快速、簡便有效的無損檢測技術。地質雷達可以滿足這種要求。

3.3.1公路路面厚度檢測路面厚度檢測是公路檢測的主要內容之一，高等級公路路面厚度0.2一0.3m，這就要求公路路面厚度檢測有很高的分辨率，厚度檢測誤差小于0.01mo當介質厚度大于子波波長的l/4時，可以認為能被地質雷達分辨出。一般機場和公路路面為水泥混凝土或瀝青混凝土，電磁波傳播速度約為0.1-0.12m/ns，從而可以換算出用于檢測0.Zm厚度以上路面精度<0.olm，地質雷達應使用gooMHz以上的中心探頭。目前地質雷達已有2200MHz的探頭，其天線的信號脈沖寬度為0.42ns，波長小于scm，分辨率為1.25cm，完全滿足測試精度的要求。

3.3.2路基與路面病害的調查公路在修筑過程中已對路基進行處理，隨著公路投人使用、路基經歷壓實或其它外來擾動的影響，使原來輕弱地基發生變化，承載力不足，使路基產生過量沉降，形成空洞、暗穴，有時局部還會產生滑坍等;面層在行車荷載的反復作用和自然風化因素的影響下，會逐漸出現損壞，形成路面沉陷、車轍、推移、開裂等;另外，由于公路結構層透水問題使局部積水，產生軟弱體或軟弱層等病害。公路病害形成的原因是多方面的，有本身質量原因，也有外界自然作用原因，同時路基病害與路面病害不是獨立形成的，兩者相互作用，相互影響，在公路病害調查中，查明“病因”十分重要。用鉆芯取樣法調查速度慢，僅能以點帶面，取得的資料代表性差、不全面。用雷達可以非常迅速的探測出路面各層及路基情況，繪出整段路基、路面的剖面圖，直觀的反映出路基、路面的損壞程度、范圍，以及是否有脫空、積水現象，為維修和養護提供資料。

3.4地質雷達技術在隧道檢測中的應用在隧道建設中，所面臨的質量問題如欠挖、超挖、襯砌厚度不足、襯砌后有空洞、積水等。傳統檢測方法大都采用破損檢測，檢測頻率不夠，同時會造成新的質量隱患，地質雷達可以提供一種高效、全方位、準確的無破損檢測手段。用中頻雷達探頭可以定量地探測出隧道的襯砌厚度、鋼筋網、鋼拱架，以及襯砌后脫空、積水情況，為維護提供詳細資料。

4結束語

地質雷達在我國交通行業應用已有十年的歷史，這是一種很有前景的無損、省時、有效的檢測方法，地質雷達在我國交通行業必將有更廣范的應用。