探地雷达技术在水利工程检测中的应用

岩土工程勘察中探地雷达技术探讨

当前，我国的经济社会发展已经进入转型升级的关键时期，工程建设事业也得到了快速的发展，工程地质问题越来越受到人们的关注。由于岩土工程勘察具有一定的特殊性，对勘察的精度和深度都具有很高的要求，所以必须使用高科技的探测手段。

一、 探地雷达勘察方法概况

（一） 探地雷达概述

探地雷达，又被称之为地质雷达或透地雷达，是利用频率在106～109Hz范围内的无线电波来确定地下介质的一种工程勘察方法。探地雷达以宽频带短脉冲的形式，利用高频电磁波以数十兆赫到数百兆赫的电磁波，把地面的天线T送入地下，经过目的体或者地下地层的反射后折返回地面，然后由另外一个天线R来接收，最后利用反射电磁波的脉冲情况来处理相关的数据，最终得到地下地质的分布情况。

（二） 数据处理方式

探地雷达对采集到的数据的整理和分析，通常按照下文中的步骤来进行：

（1） 对现场采集到的原始数据进行预处理，这里的预处理主要包括删除没有用的数据、标记和编辑各类标识、加载起止桩号和水平比例归一化等。

（2） 根据该工程勘察的需要，增益调整采集到的数据信号，并进行数据信号的偏移归位、反褶积和频率滤波等处理，达到凸显有效信号，消除干扰信号的目的。

（3） 增益调整：主要用途是调整信号的振幅，从而有助于观察异常区域和反射界面，其适用条件为：信号过大或者过小、增益不符合信号衰减规律等。

（4） 频率滤波：主要的用途是消除特定的频率段干扰波，其适用条件为系统适用干扰波。反褶积：主要用途是压制多次反射波，并压缩反射子波，然后提升垂直方向厚度的可解释能力，它的主要适用条件：反射子波影响厚度解释的精度，或者适用多次反射波。

二、 探地雷达在岩土工程勘察中的应用 （一） 探地雷达在桩基工程勘察中的应用

如果地基的条件比较负载，那么在这种复杂的地基上进行桩基施工作业，桩基施工作业困难或者桩基设计与施工之间存在较大出入的情况常常发生。比如花岗岩中的球形孤石、旧城改造中的隐伏建筑基础等，这些物件的大小规模通常在数十厘米，按照当前的岩土工程勘察规范来看，比较容易出现遗漏，给施工带来困难。

水利工程隐患探测中雷达的应用

摘要：堤坝疏松是水利工程中常见的安全隐患，其隐蔽性高，不易被发现，导致的后果极其严重。而探地雷达在堤坝渗漏、裂缝等方面的探测作业中具有无损、高校、精准的优势，因而被堤坝安全检测所重视和应用。本文将简要介绍探地雷达的工作原理，以及其在堤坝防渗墙探测、滑坡体探测、裂缝探测、渗漏现象探测四类主要隐患探测中的具体应用。

关键词：水利工程隐患；探地雷达；应用

0 引言

传统的水利工程在隐患探测过程中，主要通过钻探的方式进行堤坝内部检测。这种方式会对坝体造成二次伤害，且成本高、收效低，无法准确定位隐患区域，检测效果达不到预期。探地雷达是一种新兴的混凝土建筑物无损检测技术，具有抗干扰性强、探测范围广、分辨率高、信号即时传输与处理、可透视扫描、实时显示现场图像等优势，因此检测效果良好成本低，是目前最先进、最高效的检测技术之一。

一、探地雷达的工作原理及方法

探地雷达探又被称为地质雷达，透地雷达，是一种利用频率介10^6~10^9Hz的无线电波对地下介质分布进行无损探测的方法[1]。它能够实现对金属以及非金属物体的探测，被广泛地应用于道路、桥梁、隧道，水利工程的病害检测工作中。

（一）工作原理

探地雷达的工作原理如下：雷达利用天线将高频电磁波从地表发射到地下，电磁波信号在介质内部传播，当遇到介质电性差异较大的介质界面时，会发生反射、绕射、折射现象而返回地面，被接收天线接收。这是由于电磁波在介质中传播时，所通过介质的电性以及几何形态各不相同，导致接收到的电磁波强度与波形也随之产生变化。因此，根据接收到的波的双程旅行时间、波幅、波形，特别是反射波的同相轴以及振幅变化特征，基本可以明确的判断出目标体内部不同的介质结构、性质、形态和埋藏深度。

电磁波在遇到介质电性差异较大的相邻介质界面时，雷达信号会呈现明显的变化，表现出很强的反射能力。当电磁波从介质电性常数小的介质进入到介质电性常数大的介质时，即从光疏介质进入光密介质时，反射系数变成负数，反射波产生反向振幅。反之，从光密介质进入光疏介质，反射波振幅与入射波振幅同向。由此可见，介电差是探地雷达进行隐患检测的先决条件，介质电性差异越大，反射效果越明显，探测效果越好[2]。

第３４卷第９期　２０１２年９月　人民黄河　ＹＥＬＬＯＷ　ＲＩＶＥＲ　Ｖｏ１．３４．Ｎｏ．９　Ｓｅｐ．，２０１２　

【水利水电工程】　

探地雷达在水工建筑物地基病害检测中的应用　

谢蒙，汤金云　

（中水珠江规划勘测设计有限公司，广东广州５１０６１０）　

摘要：通过现场试验，研究了探地雷达电磁反射波在钢筋混凝土干扰背景下的特点。通过对深部弱信号的有效提取，　

并结合现场实际资料，得出了强干扰条件下地基病害异常时探地雷达反射波的特征。指出：探测人工建筑物地基基础　

时，可选择中心频率稍高的天线，获得适宜的探测深度，提高空间分辨率；连续测量时，应尽量减小天线最大移动速度，保　

证对目标体的扫描频次；只要合理确定目标体物理特征及工作环境、测网布置、测量参数、电磁波速度，就可得出强干扰　

条件下探地雷达反射波特征，对地基病害异常体准确成像。　

关键词：探地雷达；地基病害检测：钢筋混凝土　

中图分类号：ＴＶ２２３．３　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—１３７９．２０１２．０９．０３６　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＧＰＲ　ｉｎ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｄｉｓｅａｓｅ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　

ＸＩＥ　Ｍｅｎｇ，ＴＡＮＧ　Ｊｉｎ—ｙｕｎ　

（Ｃｈｉｎａ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｐｅａｒｌ　Ｒｉｖｅｒ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　Ｄｅｓ塘砌　Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０６１０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｏｎ　ｓｉｔｅ，ｗｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ＧＰＲ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｒａｄａｒ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ＧＰＲ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｅｃｈｏ’Ｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｖｉａ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｄｅｅｐｌｙ　ｗｅａｋ　ｓｉｇｎａｌ　ａｎｄ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｆｉｅｌｄ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｄａｔａ　ｗｈｅｎ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｄｉｓｅａｓｅ　ｗａｓ　ａｂｎｏｒｍａ１．Ｔｈａｔ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｗｅ　ｃａｎ　ｓｅｌｅｃｔ　ＨＦ　ａｎｔｅｎｎａ　ｆｏｒ　ｏｂｔａｉｎｉｎｇ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｄｅｐｔｈ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｓｐａｔｉａｌ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ．Ｗｅ　ｍｕｓｔ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｌａｒｇｅｓｔ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ａｎｔｅｎｎａ　ｆｏｒ　ｇｕａｒａｎｔｅｅｉｎｇ　ｔｈｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｗｈｅｎ　ｄｏｉｎｇ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｗｅ　ｃａｎ　ｉｍａｇｅ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｄｉｓｅａｓｅ　ａｂｎｏｒｍａｌ，ａｎｄ　ｏｂｔａｉｎ　ＧＰＲ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｉｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｉｆ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ　ｔｈｅ　ｔａｒｇｅｔ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ—　ｔｉｃｓ，ｗｏｒｋｉｎｇ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｌａｙｏｕｔ　ｏｆ　ｓｕｒｖｅｙ　ｇｒｉｄ，ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｓｐｅｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｒｏｕｎｄ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ　ｒａｄａｒ；ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｄｉｓｅａｓｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｓｔｅｅｌ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　

地质雷达方法

地质雷达检测是利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，其工作过程是由置于地面的发射天线发送入地下一高频电磁脉冲波(主频为数十兆赫至数百兆赫乃至千兆)，地层系统的结构层可以根据其电磁特性如介电常数来区分，当相邻的结构层材料的电磁特性不同时，就会在其界面间影响射频信号的传播，发生透射和反射。一部分电磁波能量被界面反射回来，另一部分能量会继续穿透界面进入下一层介质，电磁波在地层系统内传播的过程中，每遇到不同的结构层，就会在层间界面发生透射和反射，由于介质对电磁波信号有损耗作用，所以透射的雷达信号会越来越弱。探地雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理机和终端设备(计算机)等组成。

各界面反射电磁波由天线中的接收器接收并由主机记录，利用采样技术将其转化为数字信号进行处理。从测试结果剖面图得到从发射经地下界面反射回到接收天线的双程走时t。当地下介质的波速已知时，可根据测到的精确t值求得目标体的位置和埋深。这样，可对各测点进行快速连续的探测，并根据反射波组的波形与强度特征，通过数据处理得到地质雷达剖面图像。而通过多条测线的探测，则可了解场地目标体平面分布情况(如图2.2所示)。通过对电磁波反射信号(即回波信号)的时频特征、振幅特征、相位特征等进行分析，便能了解地层的特征信息(如介电常数、层厚、空洞等)。

红外探水仪

简介

地质体每时每刻都在由向外部发射红外能量，并形成红外辐射场。地质体由内向外发射红外辐射时，必然会把地质体内部的地质信息，以红外电磁场的形式传递出来。

当隧道前方和外围介质相对比较均匀，且不存在隐蔽灾害源时，沿隧道走向分别对顶板、底板、左边墙、右边墙向外进行探测，所获得的红外探测曲线，具有正常场特征。当隧道断面前方或隧道外围任一空间部位存在隐蔽灾害源时，隐蔽灾害源产生的灾害场就一定会迭加到正常场上，使正常场中的某一段曲线发生畸变，畸变段称作红外异常。红外探测就是根据红外异常来确定隐蔽灾害源的存在。隐蔽灾害源是指含水断层、含水溶洞、地下暗河。