Радиолокация грунтов на примере георадарного зондирования

В рамках форума «Основные положения при проектировании оснований и фундаментов зданий и сооружений. Инженерно-геоэкологические изыскания для строительства» Александр Кремнев, доцент кафедры строительных конструкций Полоцкого государственного университета поделился опытом георадарного зондирования грунтов при проведении инженерно-геологических изысканий.

Основной задачей инженерно-геологических изысканий для строительства является комплексное и всестороннее изучение природных условий территорий предполагаемого или проектируемого строительства, сводящее к минимуму возможные риски наступления предельных состояний в течение всего срока эксплуатации сооружения. При этом комплексность подразумевает применение различных методов исследования, всесторонность – изучение всех имеющихся данных о характере исследуемой территории.

Основные причины возникновения дефектов и повреждений в наземных конструкциях (по опыту проведения обследования зданий и сооружений):

• более 80% повреждений вызвано неравномерной осадкой фундамента;
• основной вид повреждений – трещины осадочного происхождения;
• объективной причиной возникновения ошибок при оценке инженерно-геологических условий является дискретный характер методов изучения литологического строения основания.

Георадарное зондирование

Георадар – портативный геофизический прибор, предназначенный для решения геотехнических, геологических, экологических и инженерных задач.

Принцип действия георадара основан на методе радиолокации – излучении в зондируемую среду сверхширокополосных электромагнитных импульсов и регистрации отраженных сигналов от неоднородностей и объектов. Один акт посылки-приема сигнала в записанном виде называется трассой. Из множества таких трасс, записанных в процессе движения георадара, составляется профиль.

Задачи георадиолокации

Прямой задачей георадиолокации является обнаружение неоднородностей и локальных объектов в подземной среде. Обратной ее задачей станет восстановление структуры подземной среды по данным георадара.

Помимо того что разрешение и глубина зондирования зависят от используемой частоты, они также учитывают физические параметры самой исследуемой среды. Основных ее параметров, влияющих на георадарные данные, всего два: диэлектрическая проницаемость и электропроводность среды. От параметра диэлектрической проницаемости зависит скорость электромагнитной волны в изучаемой среде и разрешение данных. Чем выше этот параметр, тем меньше скорость волны в среде (то есть при одном и том же времени записи трассы уменьшается реальная глубина записанных данных), но выше разрешение этих данных. Так как максимальное значение диэлектрической проницаемости в природе у воды, то при обследовании рыхлых грунтов важно значение влажности, так как диэлектрическая проницаемость грунта берется как среднее значение диэлектрических проницаемостей всех составляющих среды. Для рыхлых грунтов это сами минеральные зерна (диэлектрическая проницаемость обычно колеблется от 4 до 7), воздух и вода в порах. То есть самый большой вклад в общее значение диэлектрической проницаемости грунта имеет именно вода.

Кроме того, от разницы диэлектрической проницаемости на границах раздела сред зависит отражающая способность этих границ: чем меньше разница диэлектрических проницаемостей, тем сложнее выделить границы на профиле.

Второй параметр – электропроводность среды, от нее зависит затухание волн в изучаемой среде. При высоком значении электропроводности грунта он не способен проводить электромагнитную волну, а вся энергия этой волны переходит в электрический ток. Георадар не может принимать только электрический сигнал, соответственно среды с высоким значением электропроводности непригодны для обследования георадаром.

Геологические, инженерно-геологические и гидрогеологические задачи:

• построение инженерно-геологических разрезов;
• определение свойств различных отложений по скорости распространения электромагнитных волн, опираясь на связь этих свойств с диэлектрической проницаемостью пород.

Поиск объектов в зондируемой среде и обследование инженерных сооружений:

• металлических и неметаллических трубопроводов и линий коммуникаций;
• мест протечки трубопровода;
• границ распространения углеводородных загрязнений;
• засыпанных выемок;
• погребенных отходов и захоронений;
• подземных выработок, подвалов, карстовых и суффозионных провалов;
• дефектов в процессе строительства или эксплуатации в конструкции автомобильных и железных дорог, взлетно-посадочных полос аэродромов.