地质雷达在高速公路桥梁基底溶洞探测中的应用

摘要：结合地质雷达在南（川）万（盛）高速公路老房子1号桥基桩基底溶洞探测数据进行分析，并利用现场开挖方式验证了探测结果的有效性，避免基底坍塌给桥梁安全带来的威胁，其工程实例可供其它工程参考。

关键词：地质雷达; 溶洞;无损检测

abstract: combined with the geological radar in the nanchuan to wansheng expreeway old house no. 1bridge pile base cave detection data analysis, and the use of the site excavation proved the validity of the detecting results, avoid the base collapse to bridge safety threat, the project can be used as reference for engineering.

key words: geological radar;cave; excavation

中图分类号：u412.36+6 文献标识码：a文章编号：2095-2104（2012）

1 工程概况

老房子1号大桥位于重庆市万盛区丛林镇永胜村，东侧约80m处为南万铁路、约200m处为s303省道，三者走向基本一致，相互近于平行。桥梁位于分离式路基路段，分设左右线桥，左线桥布置为20m（桥起lk8+061.92，桥止lk8+294.08，桥梁全长232.16m，中

心桩号lk8+178）预应力混凝土t梁桥和右线桥布置为20m（桥起k8+061.92，桥止k8+294.08，桥梁全长232.16m，中心桩号k8+178）预应力混凝土t梁桥，全桥为两联，均采用先简支后结构连续体系。大桥位于斜坡中下部，西侧坡脚为孝子河，为区内最低侵蚀基准面；桥位跨越岩溶槽谷，桥位区地貌总体属构造剥蚀丘陵地貌，地形变化连续，沟壑与丘陵相间。 2 地质雷达原理

地质雷达法通常是一种地下甚高频到微波段电磁波反射探测法。其工作原理是：发射器通过发射天线向持力层岩石中定向发射电磁波，工作时天线贴在桩底持力层表面，沿测线匀速移动。在桩底前方岩体内部定向传播的电磁波当遇到有电性（介电常数和电导率）差异的界面时即发生反射。反射波由处于接受状态的接受电线和接受器所接受。另外，最先收到由发射天线经天线所在岩体表面到达接收天线的直达波并作为系统时间的零点。通过对反射波信号进行一系列的后处理（输入有关参数、滤波、放大、改变显示方式和编辑等）后，取反射波往返时间之半，乘以相应介质的雷达波速度即为反射目标深度。再根据反射波的强度、形状及其在纵向和竖（环）向上的变化情况来判别反射目标的性质（目标识别），如断层、空洞及破碎带等。原理如图1所示。 图1 地质雷达原理图 3 现场检测

3.1 参数的选择 a 天线中心频率的选择

天线中心频率选择兼顾目标深度、目标最小尺寸以及天线尺寸是否符合场地需要。一般来说，在满足分辨率且场地条件又许可时，应该尽量使用中心频率较低的天线。本工程根据现场条件和探测需要采用100mhz天线。 b 时窗选择

时窗选择主要取决于最大探测深度与底层电磁波速度，时窗w可由下式估算w=1.3*2dmax/v，上式中时窗的选用值增加30%，是为地层速度与目标深度的变化所留出的余量。本工程选择的时窗为300ns。 c 采样率选择

采样率是记录反射采样点之间的时间间隔。采样率由尼奎斯特采样定律，即采样率至少达到记录反射波中最高频率的2倍。 3.2 测线布置

基桩持力层表面的浮土、松动石块及积水在清除后，开始检测。每个桩底布置三条测线，测线1沿线路方向（万盛至南川方向），测线2垂直于线路方向，测线3环向方向。检测时紧贴地面沿桩孔直径方向匀速拖动雷达天线，来回数次，直到数据重复性较好为止，测线布置见意图2所示。

图2 现场测线布置图

4 基底溶洞探测的数据处理及开挖验证 4.1 数据处理

现场数据采集后，对数据的技术处理至关重要也相对复杂。处理步骤如下：a确定地面反射波信号位置；b设置和修改介电常数，计算深度信息；c信号振幅增益调整；d水平相关分析，消除雪花噪音干扰；e背景去除，显示构造特征；f一维频率滤波；g反褶积、一维频率滤波；h偏移归位；i调整曲线形态；j希尔伯特变化；k添加地面高程信息，并利用高程归一化函数进行处理；l静态校正。 图3是老房子1号桥左幅3-2号桩桩底经处理后的图像。经判断桩底下方存在溶洞。 图3 地质雷达成果图 4.2 开挖验证

针对地质雷达检测到老房子1号桥左幅3-2号桩桩底存在溶洞的结果，施工单位进行了开挖验证，当挖至检测面以下1米处时，出现溶洞。现场溶洞见图4、5。 图4、5现场溶洞图 5 结论

5.1 地质雷达作为一种无损探测手段，对结构无任何损伤破坏作用，方便、快捷、精度高；

5.2地质雷达采集数据均重复检查一次，数据有较好的重复性，测

点解释可靠性较好，定性解释结果比较准确；

5.3 采用开挖验证的方式，可有效避免因基底岩溶给桥梁安全带来的威胁。 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. 【2】杨峰，彭苏萍.地质雷达探测原理与方法研究〔m〕.北京：科学出版社，2010.

注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。