探地雷达无损检测地基水泥注浆效果的研究

方世明,曹 静,梁洪波，王 晨，夏守培，杨旭辉

(1.宿州学院资源与土木工程学院，安徽 宿州 234000；

探地雷达无损检测地基水泥注浆效果的研究

方世明1,曹 静1,梁洪波2，王 晨1，夏守培1，杨旭辉1

(1.宿州学院资源与土木工程学院，安徽 宿州 234000；

2.中国矿业大学岩土工程新技术发展有限公司，江苏 徐州 221000)

目的 针对某些地基在施工和使用的过程中会产生一些裂缝、孔隙、破裂等问题进行研究。这些问题严重影响了建筑物的稳定性，不利于工程的建设和施工，会对社会产生不良的影响，影响公司的声誉，在使用过程中也会减少建筑物的使用年限。方法 首先在所测区域的东西向和南北向各铺设一系列的勘查线，采集各个点上数据，室内采用REFLEXW数据处理软件对所测的数据进行处理，从而得出想要的各个底层的分界面情况，进而对图像进行分析和处理。结果 采用探地雷达对建筑规划范围内的道路进行检测和分析，浅部在0～1m深度范围内存在破碎、断裂区域，深部未见土洞异常存在，可见基坑的开挖并未影响到道路深部的情况。结论 作为一种新型的检测技术，探地雷达具有携带方便、非破坏性、精度高等特点，探地雷达的检测技术很好地在本项目上得到了实施，该技术对地基的安全性、稳定性也有一定的指导意义，探地雷达对地基水泥的注浆效果也有一定的研究意义。

探地雷达；无损检测；注浆效果

0 引 言

随着国民经济的高速发展，人们对建筑物的要求也不断提高，随之产生的建筑物质量问题也逐渐被提出来，特别是对水泥注浆效果的关注。因此，采用快速、有效、经济的注浆效果检测方法是必不可少的。

当前，常用的注浆效果检测方法有：超声波检测法[1]、瞬态面波法[2]、电测深法[3]、高密度电法[4]、电磁波CT法[5]等。地质雷达作为一种高频电磁波，多用于探测深度较浅、精度较高的近地表破碎带，是一种分辨率很高、检测质量可靠的物探方法[6]。本文利用先进的地质雷达方法对道路路基的注浆效果进行了一些研究，取得了显著的效果。

1 探地雷达的基本原理

探地雷达由两个部分组成：发射部分和接收部分。通过发射天线向地下发射60～90 °的高频电磁波，然后由接收天线接收来自发射波传播到电性分界面产生的反射波以及直达波，并记录下来[7，8](见图1)。

图1 反射雷达的探测原理

波的双程走时由反射脉冲相对于发射脉冲的延时而确定。雷达图形常常是以脉冲反射波的波形形式记录。图2是波形记录示意图。图中是一个简单的地质模型的对比，记录了相应的波形。在波形记录上，波形的记录均以测线的铅垂方向来记录，构成雷达剖面[10]。

图2 雷达剖面记录的示意图

探地雷达图像进行地质解释的重要依据是反射脉冲波形的同向轴连续情况。发射脉冲波的能量是由波形的明显程度决定的，反射波的振幅方向可以判别介质的性质和属性；频谱特性能够有效区分结构特征不同的界面；最重要的制定基础是反射信号形成的相同轴，依据同相轴的形态方向、强弱等进行判断。

2 探地雷达工程实例

2.1 工程概况

研究工程区域在坑基开挖施工过程中，由于基坑开挖影响造成沥青路面有开裂和下沉现象，现状表现为沥青路面下沉，道路路面出现多条裂缝。为查明道路由于基坑开挖可能形成的土洞，采用地质雷达对以上道路进行检测。

2.2 施工方案

本次探测采用从瑞典MALA GEOSCINCE公司引进的世界最先进的探地雷达系统RAMAC/GPR。天线为500 MHz屏蔽天线，在土壤中的最大探测深度大约为3.5 m，此次检测的雷达参数见表1。

工程施工测线如图5所示，B7-1上面的测线为东西路路段(探测区域1)，左侧的测线为南北路路段(探测区域2)。

图3 路面东西方向开裂图 图4 路面南北向开裂图

表1 RAMAC/GPR雷达参数

2.3 数据处理

对于野外采集到的探地雷达数据，主要采用REFLEXW数据处理软件，在室内主要是对原始数据的预编辑、信号振幅自动增益调整、相关分析、滤波、偏移、反褶积等。目的是易于追踪信号的同相轴，清楚地反映地层分界面情况，使分界面更加连续清楚，同时突出局部信息，强化异常体反映。

2.4 结果分析

下面以典型的雷达探测剖面图为例，进行具体分析(见图6)。

图5 工程施工测线布置 图6 Z1L4-1线雷达探测剖面

图6是探测区域1中L4测线所测的图像，剖面横向表示道数及测线长度距离(m)，纵向表示地层深度(m)及时间(ns)。上面的雷达波形图看出部分信息，在图6前十几米的区域，电磁波扫描线没有明显起伏变化，同相轴是连续的，各层位都是比较明显和清晰信号反射，表明了路基处于完好状态，没有出现断裂破碎异常的区域。深度在0.3～0.5 m，长度在18～32 m和48～57 m,图像中测线杂乱，扫描线起伏较大且同向轴断裂，造成上下界限模糊不清的现象(如图中黄色圈中区域)，电磁波无法分辨出准确的层位。说明这一块路基已不是整体，发生破碎。

图7 探测区域2异常图

从雷达探测剖面图中可以看出是否是异常区域，将每个雷达探测剖面图结合，可以推测出探测区域的异常区域图(见图7)。

图中红色线为测线，黑色线为雷达测线异常位置，蓝线圈定区域为破碎断裂范围。

3 结论与讨论

3.1 结论

在本次实验中所利用的探地雷达在城市道路上的检测，很好检验了探地雷达在本项目的适用性。在雷达探测剖面图中可以看出异常区域，从图7中可以看出探测区域2在距离地面1 m的范围以上可以看到很多破裂区域，但是在深部却未见到土洞异常，因此可以判定在测量区域内深部未受到基坑开挖的影响。同理，在探测区域1中由图像也可以判定深部区域并未见空洞。

3.2 讨论

探地雷达是一种新型的无损检测技术，经过数十年的发展，探测技术逐渐趋于成熟化。针对建筑物周边道路由于基坑开挖可能形成的空洞，利用探地雷达对以上道路进行检测。通过雷达剖面图，可以知道路基破碎在图形上表现出明显的不连续性，同相轴断裂；同时，同相轴很直观地反映出各层的埋深及走向；探地雷达检测地基水泥注浆有一定的反映，可以作为其质量检测的一种手段，提供一定的参考价值。

探地雷达虽然是一种很高效、精密的仪器，但是它容易受到外界各种因素的干扰，在工作过程中，需要考虑到地质和工程环境，合理选择探地雷达的参数，合理布置测线，将外界的干扰因素降到最低，才能发挥探地雷达的最大潜力。

[1]穆祥仁.黄小广.超声波检测注浆效果的研究[J].煤炭学报，1995，70(03)：298-303.

[2]李坚.物探在岩溶工程整治注浆质量检测工作中的应用[J].地质与勘探，2002，38(01):90-92.

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[4]胡熠，谢强，陈子龙,等.高密度电法岩溶路基注浆质量检测模型试验研究[J].水文地质工程地质，2014,41(03)：86-91.

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[责任编辑：刘守义 英文编辑：刘彦哲]

Effects of Ground Penetrating Radar in Nondestructive Testing of Ground Cement

FANG Shi-ming1,CAO Jing1,LIANG Hong-bo2,WANG Chen1,XIA Shou-pei1,YANG Xu-hui1

(1.School of Resources and Civil Engineering,Suzhou University,Suzhou，Anhui 234000,China; 2.CUMT Geotechnical Engineering&New Technology Development Co.,Ltd.,Xuzhou,Jiangsu 221000,China)

Objective The foundation may have some problems in the process of construction,such as crack,pore rupture,and break,which seriously affects the stability of the building.It brings harm to the construction of the project,has a negative impact on society and reduces the service life of building in the late stage of the use span.Methods The ground penetrating radar method was used to evaluate the stability of the foundation.First,after laying a line in the areas of the east-west and north-south and obtaining data of the measuring points,the measured data were processed by using REFLEXW.Then the condition of measured vertical interface was gained.At last,the explanation was carried out.Results Through data processing and analysis,it was found that there was a fragmenting and broken condition in the shallow part with 0 - 1m in depth,but no abnormal condition in the deep part was found.Conclusion As a new detection technology,GPR has the advantages of convenient carrying,nondestructiveness,and higher precision.Detection of ground penetrating radar can be used to detect the effect of grouting cement,which provides a certain significance to road construction safety and other problems.

ground penetrating radar;nondestructive testing;grouting effect

大学生创新创业训练计划项目(201510379021);宿州区域发展协同创新中心全国开放课题(2014SZXTKF08)；宿州学院科研平台开放课题资助项目(2014YKF07)；宿州学院一般科研项目(2014yyb08)

方世明(1993-)，男，安徽安庆人，宿州学院资源与土木工程学院在读学生。

曹静(1987-)，女，山东济宁人，硕士，助教，应用地球物理。

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10.3969/j.issn.1673-1492.2017.01.003

来稿日期：2016.05.27