Георадарное обследование, съемка и исследование грунтов, георадарное зондирование

История георадиолокации

Возможность «просвечивания» горных пород с помощью радиоволн установлена ещё в 1910—1911 гг. немецкими учеными Г. Лови и Г.Леймбахом. Ими же в 1912 г. предложен интерференционный метод для поиска руд и воды с помощью радиопросвечивания.

Позднее произошло второе открытие метода, во время изучения Антарктики. При картировании рельефа поверхности с самолета стандартным бортовым локатором на записи самописца ниже границы льда стала прослеживаться вторая граница, похожая на первую, но с некоторыми отличиями. Анализируя полученную картину, специалисты пришли к выводу, что первая граница — это поверхность земли, а вторая — это подошва ледяного покрова. С этого момента стало возможным оценивать мощности льдов. За счет низкого поглощения электромагнитной волны в толще льда, глубина исследования достигла нескольких сот метров. Вскоре по аналогии был создан наземный прибор, названный георадаром, применяемый также для оценки толщины ледового покрова. Метод стал развиваться чисто на практическом применении, не подкрепляясь теорией. Тем не менее, он хорошо зарекомендовал себя при исследованиях в условиях вечной мерзлоты.

В последние годы произошло быстрое развитие теории метода. Георадары стали использоваться для изучения не только льдов, но и других грунтов. Кроме того георадар стал применяться для решения археологических задач, задач в строительстве и множества других. Ежегодно проводятся конференции и семинары, посвященные исключительно георадиолокации.

Физические основы метода

Схема распространения электромагнитных волн в двухслойной среде

Принцип действия аппаратуры подповерхностного радиолокационного зондирования (георадара) основан на излучении сверхширокополосных (наносекундных) импульсов метрового и дециметрового диапазона электромагнитных волн и приеме сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства. Такими границами раздела в исследуемых средах являются, например, контакт между сухими и влагонасыщенными грунтами — уровень грунтовых вод, контакты между породами различного литологического состава, между породой и материалом искусственного сооружения, между мерзлыми и талыми грунтами, между коренными и осадочными породами и т. д.

Распространение электромагнитных волн в методе георадиолокации описываются волновыми уравнениями электродинамики, которые являются следствием полной системы уравнений Максвелла.

В практических приложениях распространение волн рассматривается в рамках законов геометрической оптики. Действуют принцип Ферма, Принцип Гюйгенса — Френеля и закон Снелла. Соответственно, распространяющаяся волна испытывает следующие явления:

  • Отражение от границ раздела сред с разной относительной диэлектрической проницаемостью.
  • Преломление на границе раздела сред с разной относительной диэлектрической проницаемостью. Важным случаем преломления является преломление под критическим углом, когда преломленный луч распространяется параллельно границе раздела сред.
  • Дифракция (возникает, когда электромагнитными волнами облучается объект, размеры которого меньше преобладающей длины волны). На этом явлении основан поиск локальных объектов.
  • Затухание (общее уменьшение амплитуды зондирующего сигнала при прохождении его в среде)

Наиболее важными параметрами сред, характеризующими распространение электромагнитных волн в них, являются скорость распространения волн в среде и удельное затухание.

Скорость распространения электромагнитных волн в общем случае зависит от относительной диэлектрической проницаемости, относительной магнитной проницаемости и частоты приложенного поля. Однако для большинства сред, встречающихся на практике, относительная магнитная проницаемость равна единице, а влиянием частоты можно пренебречь. Поэтому скорость распространения волн в среде определяется по формуле: V = c/корень(ε), где c — скорость света, ε — относительная диэлектрическая проницаемость среды. Скорость сильно зависит от влажности.

Удельное затухание существенно влияет на глубинность обследования. Оно зависит от частоты приложенного поля.

Технология георадиолокационного обследования

Георадиолокационное обследование может проводиться в двух модификациях: георадарное профилирование на постоянной базе (англ. common offset profiling) и георадарное зондирование на переменной базе (англ. multi-offset profiling).

При георадарном профилировании на постоянной базе намечается профиль, по которому затем проходит оператор с георадаром, у которого антенна приемника и излучателя находятся на заданном расстоянии друг от друга. С заданным шагом георадар генерирует электромагнитный импульс и регистрирует отклик среды — функцию амплитуды отраженного сигнала от времени запаздывания отраженного импульса.

При георадарном зондировании на переменной базе положение оси георадара не меняется, зато постепенно увеличивается расстояние между антеннами.

Обработка результатов георадиолокационного обследования

Результатом георадиолокационного обследования является набор одиночных трасс (сигналов), зарегистрированных приемной антенной при каждом положении георадара. Обычно этот набор трасс отображается методом переменной плотности, то есть в виде изображения — радарограммы. Горизонтальная ось радарограммы — это ось профиля (в метрах). Вертикальная ось радарограммы — это ось времени с началом в момент посылки зондирующего импульса. Цвет каждого пикселя соответствует уровню амплитуды сигнала.

Необходимость дальнейшей обработки радарограмм объясняется несколькими причинами. Во-первых, для решения инженерных задач необходимо иметь зависимость амплитуды сигнала от глубины его отражения, тогда как исходная радарограмма представляет собой зависимость амплитуды сигнала от времени отражения. Во-вторых, необходимо избавляться от различного рода помех, скрывающих полезный сигнал.

При обработке радарограмм используются следующие виды преобразований:

  1. Традиционные преобразования, основанные на теории цифровой обработки сигналов:
    • Нахождение сигнала прямого прохождения между антеннами и вычитание его из всех записанных сигналов;
    • Частотная фильтрация;
    • Усреднение сигналов;
    • Коррекция амплитуд;
    • Преобразование Гильберта;
    • Синтез апертуры;
    • Деконволюция;
    • Вейвлет-преобразование.
  2. Преобразования, основанные на алгоритмах обработки изображений, в том числе миграция
  3. Преобразования на основе морфологического анализа и теории хаоса [1]

Окончательным этапом обработки радарограмм является интерпретация, на котором непосредственно решается поставленная инженерная задача. Интерпретация проводится в две стадии: на первой анализируются основные особенности волновой картины, на второй — её локальные особенности.

Обработка радарограмм осуществляется в специальных программных комплексах: GeoScan32, ГЕОРАДАР-ЭКСПЕРТ, Крот, Easy3D, Prism. В научных целях используется также система моделирования георадарных данных GprMax, основанная на методе конечных разностей, и свободно распространяемый по лицензии GNU продукт MatGPR, написанный на базе MATLAB.

Достоинства метода

Достоинствами метода георадиолокации являются сравнительно невысокая стоимость обследования, большая производительность и технологичность. Георадиолокация обеспечивает непрерывность измерений и достаточно четко устанавливает положение границ разделов грунта.

Что это за прибор — георадар?

Георадар является эргономичным аппаратом, не нуждающимся в особо мощных источниках энергии. Его компактность позволяет выполнять необходимые обследования даже в плотно застроенных районах. Преимущества работы данного оборудования бесспорны: георадарные исследования реализуеюся без вмешательства в объект, абсолютно не влияя и не оказывая воздействия на его структуру. К тому же, георадарное обследование грунтов не приносит вреда экологии, поэтому для эксплуатации данного высокотехнологичного оборудования не нужно наличие определенных разрешительных документов. При этом, точность измерений будет одинаково высокой, независимо от того, используется георадар на горизонтальной, наклонной или вертикальной поверхности.

Георадарное зондирование: особенности осуществления

Современное георадарное обследование фундаментов и различных конструкций подразумевает отсутствие необходимости дополнительно применять еще какие-либо приборы. Данный высокоэффективный и быстродействующий метод диагностики является инновационным, и позволяет получить точные сведения об объекте исследования. При этом методе исследования нижних конструктивных элементов есть возможность уменьшить количество скважин и образцов: вы и так получите абсолютно точную картину профиля фундамента по периметру исследуемой территории. К тому же, с помощью георадара можно обнаружить существующие деформации арматуры и наличие несоответствий характеристик материалов согласно проектным документам.

Традиционно, георадарное обследование, цена которого весьма демократична, реализуется путем профильного зондирования (шаги в продольном/поперечном направлениях). Чтобы реализовать привязку георадиолокационных профилей к местности, применяют геодезическую аппаратуру. Чтобы удобно было совершать обработку данных, начало и конец профилей закрепляют на створах соседних объектов.

По завершению георадарного зондирования все итоговые результаты, полученные посредством специальной обработки и многократно проверенные, обозначаются в топографическом плане участка, где проводилось исследование.

Где требуется георадарные обследования?

В зависимости от поставленных целей и задач, а также требуемой глубины обследования, производится выбор георадара. Зачастую георадарные исследования грунтов требуются не только при строительстве и для обследования строений, оснований, но и при установке месторождений, для исследований, необходимых при поиске ископаемых. Не менее важна георадарная съемка для археологов: опытный инженер используя георадар становится просто находкой при раскопках. Археологам не приходиться по миллиметру производить раскопки артефактов, боясь их повредить неаккуратным движениям. Да и территория, где производятся такие работы, уменьшается в разы, что позволяет сэкономить время и деньги.

Какие задачи позволяет решить?

  • восстановить геометрические границы;
  • найти кабельные трассы;
  • определить свойства разных отложений;
  • выявить количество и уровень залегания водогоризонтов;
  • обследовать взлетные полосы, автодороги и железнодорожные пути;
  • определить опасные пустоты вблизи строений.

Для чего выполняется георадарное сканирование?

Обнаружение неравномерных просадок, внутренних трещин и деформаций в несущих конструкциях, балках и перекрытиях позволит выполнить георадарное сканирование − самый точный существующий метод обследования. Таким способом можно правильно определить прочность и плотность материала, обнаружить инородные предметы, найти пустоты и составить полную и достоверную картинку положения стройконструкций. Правда, расшифровка, полученных в результате инструментального обследования, сведений может быть несколько затруднена неоднородностью строения и прерывистостью неравномерного увлажнения поверхности.

Инновационное георадарное и лазерное сканирование имеет множество плюсов:

  • высокая эффективность и скорость сканирования;
  • мобильность;
  • получение данных в формате 3д моделей объектов;
  • отсутствие какого-либо влияния на окружающую среду;
  • невозможность разрушения или повреждения элементов объектов.

Уникальность георадарного зондирования еще и в том, что он позволяет тщательно изучить любые конструкции из бетона и камня, без воздействия на них.

Георадарное исследование

Обследование грунтов, строительных конструкций и различных сред является обязательным во время инженерных изысканий, при обследовании объектов перед капитальным ремонтом (или реконструкцией), при организации контроля качества за выполненными работами. При этом качество некоторых работ невозможно проконтролировать визуально или при помощи прямого взаимодействия с конструкциями, так как их результаты являются скрытыми. Эти работы как правило только освидетельствуются, но если это касается объектов с высокой категорией ответственности, то действующий регламент обязывает проводить контроль качества таких работ.

георадарное обследование

Мы предлагаем услуги геофизических изысканий для строительства, а также для иных целей, требующих сканирования территории

В прошедшие годы для проверки качества скрытых работ использовали разрушающие методы – вскрытие бетонных конструкций, бурение скважин и отбор образцов в насыпях и выемках (а также в несущих слоях бетонных и асфальтобетонных конструкций). Но в строительстве и на производстве постоянно пытались внедрять неразрушающие методы, так как они не оказывают негативного влияния на конструкции (после разрушающих методов контроля требуется время и средства на ремонт и восстановление), являются высокопроизводительными, недорогими и эффективными.

Неразрушающие методы

На производстве и непосредственно в строительстве первыми начали внедряться приборы, использующие ультразвук – бетоноскопы и ультразвуковые дефектоскопы (для проверки качества сварных швов в металлоконструкциях). Первые образцы этих устройств были контактными и для их эффективной работы требовался специальный контактный гель. Эти приборы используются и сегодня, но они являются специализированными и могут решать только узкий спектр задач.

бурение скважины

Бурение скважины относится к разрушающим методам исследования

В инженерных изысканиях, в частности в геологоразведке уже достаточно долго применяются методы инженерной геофизики – это различные технологии и методы изучения геологического разреза при помощи физических методов. К ним относятся скважинный каротаж, термометрия, магнитометрия, гравиметрия, электроразведка, сейсморазведка и прочее. Но эти методы разрабатывались в основном для научных целей (исследование строения Земли) и поиска полезных ископаемых. Поэтому они отличаются масштабностью, сложностью интерпретации данных, а кроме того, некоторые из них (например, сейсморазведку) невозможно проводить вблизи населенных пунктов или промышленных объектов.

Сегодня в распоряжении инженеров и технических специалистов имеется одна очень эффективная технология, которая может решить широкий спектр задач в области неразрушающего контроля качества, поиска скрытых объектов и изучения геологического разреза.

Георадиолокация

Радиолокация широко применяется в изучении различных сред. Данный метод основывается на том, что электрофизические свойства различных сред отличаются – относительная диэлектрическая проницаемость, удельное затухание волны и скорость распространения сигнала в отдельных средах имеют свое практически фиксированное значение. На основании этих данных можно выделить вкрапления инородного вещества в какой-нибудь среде (например, найти гранитный валун в слое песка или глины), определить границы верхних разделов различных сред.

Радиолокация у большинства ассоциируется со станциями РЛС, которые занимаются мониторингом воздушного пространства, но радиолокаторы также используются при поиске и разведке углеводородов в морях и океанах. Дело в том, что электромагнитные волны различной длины по-разному пронизывают среды, например, радиолокационные станции излучают короткие волны, которые могут пронизывать только воздух, потому что его относительная диэлектрическая проницаемость равна 1, и мощность сигнала в данной среде практически не снижается.

Сталкиваясь с любым объектом, обладающим эффективной рассеивающей площадью сигнал отражается, после чего возвращается на радар и улавливается принимающей антенной. Так происходит обнаружение и сопровождение всех летательных аппаратов. Морские радиолокаторы генерируют электромагнитные сигналы в более длинных диапазонах, позволяя изучать водную толщу на большую глубину, а также донные грунты.

георадиолокация

Георадиолокация — современный метод геофизических изысканий

Георадар – это современный комплекс для изучения различных сред, в том числе неоднородных. Данный прибор излучает электромагнитные импульсы в сверхширокополосном диапазоне (метровом и дециметровом). Эти сигналы способны пронизывать среды (в том числе неоднородные) с высокой относительной диэлектрической проницаемостью. Георадар комплектуется сменными блоками, в которых имеется множество антенн, работающих на различной частоте. Каждый излученный сигнал после соприкосновения с отражающей поверхностью возвращается на принимающую антенну, после чего поступает в блок управления, где преобразуется в цифровую информацию (трассу). Зная время распространения и величину затухания сигнала можно определить относительную диэлектрическую проницаемость среды. По совокупности полученных данных делается вывод о составе среды, о веществах и материалах, из которых состоят ее компоненты.

Регистрирующее устройство (мобильный или встроенный компьютер) из множества трасс строит графическое изображение – радарограмму, на которой различными цветами или градиентов выделяются области, отличающиеся по электрофизическим характеристикам. Если сигналы различной частоты не пронизывают среду, а сразу отражаются от нее, то можно сделать вывод, что это скрытый предмет, изготовленный из металла (у него слишком большая диэлектрическая проницаемость, поэтому волны не могут пронизывать его), на радарограмме такой объект отображается в виде гипербол.

Как происходит георадарное исследование, область применения

За счет своей простоты, высокой производительности и многозадачности георадар нашел свое применение во многих отраслях:

кран

Инженерные изыскания в строительстве и геологоразведке

Данный прибор способен исследовать геологический разрез на глубине 45 метров и более. При этом для уточнения результатов потребуется произвести бурение только нескольких скважин, всю остальную площадь исследуемого земельного участка прибор просканирует в непрерывном режиме.

река

Исследование водоемов

В данной области георадар может применяться для картирования дна водоема, изучения иловых отложение и донных грунтов (определение состава и мощности слоев).

строительство

В строительстве

Георадар может использоваться как на площадке, так и внутри зданий и помещений. При помощи данного прибора можно обнаружить скрытые инженерные сети и коммуникации (независимо от того, из какого материала они изготовлены), пустоты, просадки, места утечек в напорных трубопроводах и отводных системах. На автомобильных дорогах и аэродромах георадар используется для обнаружения мест подтопления, карстовых пустот, мест неравномерного смешения грунтов (что является неблагоприятным геоморфологическим фактором, указывающим на возможное наличие селевого очага), трещим несущих слоев покрытий, просадок грунта, погребенных инженерных сетей.

нефть

Нефтегазовая промышленность

В данной отрасли георадар используется не только при производстве изыскательских и строительных работ, но и при поиске утечек, а также незаконных врезок в нефтепроводы и системы транспортировки готовых нефтепродуктов.

археология

Сфера применения

Инженеры-геологи  решают целый ряд задач с помощью георадарного обследования:

  • Определяют подземные конструкции и коммуникации;
  • Выявляют пустоты, карстовые полости и прочие неоднородности почвы под участком;
  • Мониторят состояние почвы в процессе строительных работ;
  • Определяют мощности отдельных видов грунтов на стройплощадке;
  • Выявляют залежи полезных ископаемых;
  • Определяют водонасыщенность грунтов и уровень подземных вод;
  • Выявляют места захоронения токсичных отходов;
  • Определяют возможные утечки веществ из трубопроводов, расположенных под участком.

Кроме того, с помощью георадара производится мониторинг деформаций различных зданий и сооружений, например, автомобильных дорог, где недопустимо какое-либо физическое вмешательство.

Данный вид обследований также используется в процессе обслуживания памятников архитектуры (в том числе реставрации), когда отсутствует техническая документация. Георадар может применяться при археологических раскопках, когда крайне важно сохранить целостность находок.

Особенности проведения

Благодаря тому, что георадар достаточно компактный и мобильный, исследования можно проводить даже в условиях плотной застройки, что является весомым преимуществом. Устройство позволяет получать детальные сведения о состоянии грунтового покрытия, поскольку производимые импульсы проникают на глубину до 20 метров.

Еще одна характерная особенность метода — возможность наблюдать за процессом в режиме реального времени. Возвратные импульсы отображаются на экране устройства в виде спектрограммы. Однако наглядную модель исследуемого объекта можно получить только после обработки полученных данных.

Важно знать!

В зависимости от типа грунта, может разниться сила прохождения электромагнитных импульсов. Так, в глиняных почвах сигнал проходит хуже, чем в сухих песках.

Преимущества метода

Георадарное обследование пользуется широкой популярностью, поскольку имеет целый ряд весомых преимуществ:

  • Мобильность (возможность использования в условиях плотной застройки);
  • Высокая скорость и простота исследований (не требует привлечения сложной техники);
  • Доступная стоимость (по сравнению с более сложными геологическими работами);
  • Достоверность и эффективность результатов (наглядная модель объекта).

В силу данных преимуществ георадарные исследования все чаще предпочитают другим геологическим работам, требующим значительных денежных затрат и привлечение техники (например, бурению скважин). Однако эффективность метода может разниться в каждом конкретном случае.

Задачи георадарного обследования грунта

Эффективность этого метода геодезических изысканий зависит от правильного выбора оборудования. Чаще всего проводятся исследования грунтов при выполнении строительных работ, во время поиска месторождений полезных ископаемых. Кроме того, георадар может быть полезен археологам и инженерам, которые обслуживают подземные коммуникации.

Георадар позволяет решить следующие задачи:

  • Обнаружить и определить геометрические границы и форму невидимых пустот под поверхностью грунта;
  • Установить параметры армирования железобетонных конструкций и изделий;
  • Обнаружить и картографировать маршруты прокладки инженерных коммуникаций;
  • Определить физические свойства отложений под поверхностью грунта;
  • Определить наличие и глубину залегания водоносных горизонтов;
  • Обследовать автомобильные магистрали, взлетно-посадочные полосы и насыпи железных дорог для предупреждения их разрушения;
  • Выявить появление пустот рядом со зданиями, которые могут привести к обрушению построек.

Помимо этого, заказывать георадарное обследование можно для исследования целостности строительных конструкций. С помощью описываемого оборудования проводятся такие работы:

  • Обнаружение причин неравномерной просадки здания или производственной конструкции;
  • Выявление трещин и деформаций внутри несущих и ограждающих конструкций здания;
  • Определение прочности и плотности материала;
  • Обнаружение инородных предметов или пустот внутри строительных конструкций.

Порядок проведения георадарного исследования грунтов и фундаментов

Процесс проведения исследования георадаром фундамента или подстилающих грунтов основания достаточно прост. Необходимо выбрать нужный режим работы устройства, после чего медленно перемещать его по поверхности земли или вдоль строительной конструкции и анализировать информацию на экране.

Однако ввиду разной влажности почвы и других внешних условий результаты сканирования могут искажаться помехами. Поэтому провести качественное сканирование могут только профессионалы, имеющие большой опыт работы с оборудованием.

Благодаря использованию специализированного программного обеспечения данные сканирования могут представляться в виде трехмерной модели, с помощью которой можно изучить земельный участок, фундамент или несущий элемент в разрезе и принять решение о начале строительства или продолжении эксплуатации здания.

В процессе сканирования специалист может дать ответы на дополнительные вопросы, сформулированные в техническом задании заказчика. От объема и сложности исследования зависит цена на георадарное сканирование, которая определяется индивидуально после постановки задачи.

Метод георадарного сканирования

Анализ прохождения испускаемых георадаром электромагнитных волн через толщу земли и подземные коммуникации позволяет посредством георадарного сканирования видеть, что скрывается под слоем пород на глубину до 100 м. Благодаря изменению частоты волны георадар позволяет фиксировать небольшие объекты на глубинах до 10 м и протяжённые при георадарном обследовании карьеров на больших глубинах.

Георадар ОКО 2
Георадар ОКО 2

Георадар для поиска кладов

Георадар позволяет обнаруживать металлические и неметаллические объекты, пустоты и неоднородности, размерами:

  • 5 см на глубинах до 2 м, используется георадар с частотой 250-600 Мгц.
  • 10-20 см на глубинах 3-5 м, применяется антенный блок георадара 150-250 Мгц.
  • 1-2 м на глубинах 20-60 м, подходит георадар серии ЛОЗА с частотой 50-150 Мгц.
  • 2-4 м на глубинах 60-100 м, незаменим георадар ЛОЗА-H1 при частоте менее 25 Мгц и длине антенны 6-12 м.

Клад на радиограмме
Клад на радиограмме

Возможности метода георадарного обследования

  • Нахождение георадарным сканированием газопроводов, нефтепроводов, водопроводов, несанкционированных врезок в трубопроводы не составляет труда.
  • Георадар позволяет обнаружить источники увлажнения грунта, протечек водопроводов, коллекторов и мест скрытого сброса воды.
  • Обнаружение георадаром пластиковых и металлических труб, кабелей, картирование скрытых коммуникаций производится путём компьютерной обработки результатов георадарного обследования.
  • Определение состояния бетонных конструкций. Георадар позволяет определить наличие пустот и трещин, расположение арматуры, несущую способность грунтов.
  • Нахождение старых и оценка новых фундаментов, картирование погребенных фундаментов.
  • Картирование загрязнения грунтов.
  • Обследование автомобильных дорог, взлетных полос (определение толщины слоев дорожного покрытия, определение характера армирования, выявление дефектов, зон обводнения, выявление причин разрушения дорожных покрытий)
  • Определение состояния плотин, мостов, дамб. Георадаром сканируют грунты по периметру и структуру фундамента.
  • Обследование оползневых процессов, карстовых структур, тектонических нарушений.
  • Изучение геологического строения территорий.
  • Определение и картирование запасов полезных ископаемых, геологоразведка карьеров.

Фундамент в интерпретации георадара ОКО 2
Фундамент в интерпретации георадара ОКО 2

Обследование грунтов

Обследование геологического строения и поведения грунтов при инженерных изысканиях под строительство и реконструкцию автомобильных дорог необходимо для поддержания их состояния. Однако инженерные изыскания грунтов очень трудоемки, поэтому при их выполнении плотность шурфов и скважин обычно бывает очень низкая, и результаты инженерных изысканий имеют фрагментированный характер. При прокладке новых дорог или разведке карьеров дорожно-строительных материалов не всегда буровые установки могут быть доставлены на место, а ручное бурение не обеспечивает необходимую плотность. В то же время геологический разрез между скважинами прогнозируется геологом исходя из его знаний и опыта, что носит субъективный характер и не обеспечивает требуемую надежность результатов.

Трубы в поперечном сечении на радиограмме георадара ЛОЗА
Трубы в поперечном сечении на радиограмме георадара ЛОЗА

Причины разрушения дорожного покрытия

Основные повреждения автомобильных дорог происходят от плохого понимания геологического строения на этапе проектирования либо труднопрогнозируемым поведением грунтовых вод в промежутках между скважинами. Ошибки инженерного исследования грунтов дорого обходятся при строительстве и эксплуатации дорог, и их устранение приводит к ежегодным затратам, поскольку изменить маршрут эксплуатируемой автомобильной дороги непросто.

Трудности инженерно-геологического исследования грунтов облегчают высокопроизводительные, экологически чистые неразрушающие методы определения геологического строения, позволяющие фиксировать непрерывные разрезы. К таким методам относится выполняемое георадарами геосканирование.

Радарограмма одной проходки

Область применения георадаров в дорожном строительстве

  • Обследование автомобильных дорог.
  • Обследование искусственных сооружений.
  • Обследование существующих транспортных сооружений.
  • Грунтово-гидрогеологические изыскания участков местности.
  • Оценка запасов дорожно-строительных материалов в карьерах.
  • Наблюдение за состоянием дорожных конструкций.
  • Оценка качества выполняемых дорожно-строительных работ и т.п.
  • Разработка электронных карт.
  • Разработка рекомендаций по применению нетрадиционных и местных материалов в дорожном строительстве.

Георадар ОКО 2
Георадар ОКО 2

Георадарное исследование автодорог

С помощью георадарного исследования автомобильных дорог определяются границы грунтов и расположение уровня грунтовых вод. Результаты геосканирования показывают, что проектные толщины конструктивных слоев автомобильных дорог очень часто не выдерживаются. При этом там, где не соблюдена проектная толщина слоя основания, обязательно увеличена за счет последующих ремонтных работ толщина покрытия. Первые обследования в 1998 г. 16 км автомобильной дороги Москва — Архангельск показали, что на 97% обследуемых участках необходимо сначала осушить рабочий слой земляного полотна, а потом приступать к усилению дорожной одежды. Из обследуемых участков только на 3% можно проводить усиление дорожной одежды без осушения грунтов земляного полотна.

Георадар ЛОЗА

Экспертиза строительства дорог

Выявление литологических границ грунтов, которое характеризуется при георадарных работах большой амплитудой сигнала на подошве каждого слоя, позволяет на протяжении продольного профиля проследить толщину слоев из стабильных материалов, оценить состояние и степень заиления кондиционных песков рабочего слоя дорожной конструкции. По времени прохождения сигнала и известной мощности слоя можно судить о влажности грунтов земляного полотна. Избыточная влажность грунтов укажет на необходимость выполнения работ по его осушению. В том случае, когда толщина слоев из стабильных материалов не выдержана, необходимо поднять земляное полотно, или обеспечить отвод поверхностных вод, или понизить уровень грунтовых вод. Для отвода поверхностных вод достаточно оценить обеспечение поверхностного водоотвода, уложить дополнительные водопропускные трубы и выполнить прочистку и углубление боковых и водоотводных канав.

Карта глубин залегания верхней границы слоя полезных ископаемых

Методика георадарного обследования автомобильных дорог

Перед выполнением работ изучается вся имеющаяся документация по обследуемой дороге (рабочие проекты, продольные профили участков дороги, результаты определения ровности, коэффициента сцепления и модулей упругости на поверхности покрытия и т.д.). По заданной глубине зондирования выбирается тип антенн и длина волны зондирующего сигнала. Проводится контрольное бурение и в зависимости от поставленных задач из расчета 3-5 скважин на 15 км автомобильной дороги с определением толщины слоев дорожной конструкции и отбором проб грунта. По отобранным пробам определяется фактическая влажность грунта. Назначается маршрут движения. Работы выполняются при скорости сканирования 2-5 км/ч. При проведении работ придерживаются следующей технологии. Записываются непрерывные файлы протяженностью 1 км в продольном направлении, а также при ручной протяжке георадара в местах сверенных контрольных бурений в поперечном направлении. Отмечается до 30 меток на 1 км. С помощью меток фиксируются ситуация и инженерные сооружения на дороге, техническое состояние покрытия.

Экспертиза автомобильных дорог

Сканирование дорог

Георадарные исследования при обнаружении карстующихся пород.

Георадарные исследования нацелены на выявление неоднородностей связанных с различием диэлектрической проницаемости горных пород в изучаемом массиве до глубины 40-50 метров.

Выполнение полевых георадарных исследований
Выполнение полевых георадарных исследований

Пример выделения границы плотных известняков
Пример выделения границы плотных известняков

Пример георадарных данных с выделенной карстовой полостью
Пример георадарных данных с выделенной карстовой полостью

Комплексное применение сейсморазведочных работ методом МОВ МОГТ и георадарных исследований позволит выявить и оконтурить в плане и по глубине зоны распространения горных работ.

Метод стандартного уплотнения по ГОСТ-22733

Достоинства

  • Данный метод позволяет получить наиболее точное значение коэффициента уплотнения

Недостатки

  • Методика стандартного уплотнения весьма трудоемка, проведение экспериментов занимает длительное время, приблизительно 4 ч;

Метод экспресс — оценки с использованием динамического плотномера ДПГ-1.2

Достоинства

  • Быстрая оценка свойств основания или степени уплотнения грунта обратной засыпки, как доказывает строительная практика. Так, бетонирование пола подвала не может быть начато пока не будет проведена проверка качества основания.

Недостатки

  • Неприменим для большинства пылевато-глинистых грунтов

Методика георадарного зондирования земельного участка

При георадарном обследовании территории, на которой мы проводим инженерно-геологическую экспертизу, излучающее и принимающее отраженные радиосигналы устройство с блоком соответствующих антенн перемещается над поверхностью земли оператором. Возбуждение исходного импульса совершается через определенное расстояние – шаг сканирования. Отраженные волны принимаются и передаются на регистрационное устройство, где записываются в файл особого формата.

По окончании сбора первичных данных, записанные файлы обрабатываются специалистом с помощью специального программного обеспечения. В итоге мы получаем разрез сканированного георадаром земельного участка (георадиолокационный профиль). Сопоставив (опять же, при помощи компьютерных технологий) несколько полученных таким методом профилей исследованного участка, мы можем отобразить результаты георадарного обследования в виде трехразмерной (3-D) модели подземного пространства.

Виды изыскательских работ, при которых георадарное обследование грунтов особенно эффективно

Сфера использования геофизических приборов, работающих по принципу георадара, весьма широкая. Кроме того, что нами выполняется с их помощью инженерно-геологическая экспертиза в Москве, мы применяем георадары также для обследования грунта и подземного пространства при инженерно-геодезических и инженерно-экологических изысканиях.

Инженерно-геологические задачи георадаров:

  1. Составление карт погребенных под наносами или насыпными грунтами геологических образований.
  2. Установление структуры и свойств грунтовых отложений.
  3. Определение мощности отдельных пластов грунта.
  4. Выяснение пространственного положения уровня верхнего горизонта подземных вод.
  5. Выявление карстовых и суффозионных пустот.
  6. Замер толщины промерзшего слоя земли.

Задачи георадаров при обследовании грунта в ходе геодезических работ

  1. Обнаружение подземных кабельных коммуникаций и трубопроводных трасс.
  2. Составление схем расположения подземных инженерных сооружений (заглубленных емкостей, дренажных галерей и др.).
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
4ccc87c4b1f6ec05