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【摘 要】随着勘察技术的发展，越来越多的新技术得到推广和应用，其中地质雷达技术在地下浅部地层勘察中就发挥着越来越显著的作用，本文针对钻探技术的局限性，分析了将其与地质雷达技术相结合的优势与应用情况。
【关键词】钻探；地质雷达；结合；优势；应用
在岩土工程勘察中，钻探技术是最为经典的勘探手段之一，可以鉴别和描述土层，也能进行标贯试验及波速测试等勘探，还能通过取芯采样进行室内试验。但是钻探技术也有局限性，由于钻孔资料充其量也只能反映“点”的情况，钻孔之间的分析和判断主要取决于经验和推测，一些不可预见的、不确定的因素始终是存在的。随着各种物探技术的发展和应用，钻探技术与各种物探技术结合显示出了强大的优势，因为后者可以弥补前者的不足，其中地质雷达技术就能够克服“一孔之见”的局限，探测出钻孔之间的“盲区”[1]，然而目前而言任何一种物探技术都无法完全取代钻探技术，细节方面的确认和验证依然需要通过钻探技术实现。
1 地质雷达技术原理、操作参数选择及在岩土工程勘察中的应用
1.1 地质雷达技术原理
地质雷达（GPR）又称为探地雷达，是利用高频（1MHz～1GHz）电磁脉冲波的反射，探测目标体及地质界面的一种技术[2]。GPR的原理类似探空雷达，有发射和接收装置，不过电磁波的发射目标不是空中而是地下。由于地下地层或目标体存在电性差异，电磁波在介质界面处发生反射和折射，反射波为接收装置接收，信号经过的处理，并由技术人员对探测结果进行解释，就能够推断地下地质的情况。电磁波的反射系数及穿透介质时的衰减系数，与介质的介电常数、电导率、导磁系数等相关，例如空气、水、土壤、灰岩、花岗岩的相对介电常数分别为1、81、2～15、7～8、5～7，它们的电导率（mS/m）分别为0、0.1～30、0.14～50、10-6～25、10-5～1[3]。
1.2 地质雷达参数选择
在操作GPR时，参数选择关系到勘察工作的成败。探测深度、雷达分辨率、天线中心频率、天线间距等是GPR的重要参数。GPR的探测深度反映了电磁波的能量衰减程度，它与电磁波的频率、介质的相对介电常数、电导率有关，电磁波频率越高，相对介电常数和电导率越大，雷达波衰减越快，探测深度越浅。例如探测岩溶地形，采用100 MHz可探测12m深，而400MHz只能探测到6m。再如水的相对介电常数较大，雷达波衰减的也多，所以有水的地层和湿的岩土层有效探测距离较小。雷达分辨率分为水平分辨率和垂向分辨率，它们与雷达波波长、地层厚度有关，波长越短，探测深度越浅，分辨率越高，所以探测深度一定的情况下宜选择较高的天线频率，而分辨率和场地条件许可时选择较低的频率有利于探测更深的深度，获得更大的信息量。发射与接收天线之间的距离与回波信号的强弱有密切关系，可通过实验或经验来选取，若无数据可选择目标体最大深度的20%，或目标体与接收、发射天线张角的2倍。
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1.3 地质雷达在岩土工程勘察中的应用
目前，GPR在岩土工程勘察中已用于探测地下洞穴、溶洞、构造破碎带、划分地层结构等场合。例如某住宅建筑地基勘察中采用RIS-K2地面耦合雷达，选用100 MHz的天线，数据经GresWin2软件处理后，通过对雷达反射剖面图的判读，确认了持力层以下4～8m范围内存在一个长2.5m、宽1.5m的溶洞，再结合频谱特性分析，推测溶洞内充填饱和红黏土或空腔，后经钻探证实，通过注浆加固处理，消除了该隐患。再如某体育场位于泥页岩、灰岩地带，地基中可能存在落水洞、溶洞、溶蚀裂隙等不良地质情况，基础采用深孔灌注桩，为查明桩底7m范围内的岩溶发育情况，采用SIR-3000地质雷达仪，利用100MHz和270MHz的发射接收一体化天线，并设定点距0.10m的点测方式，在其中一个桩深约14m的桩位探测到桩底4～5m范围内反射波形异常，推测为强溶蚀区，现场开挖证实有1个直径约0.45m大小的泥质充填型溶洞。
2 钻探技术与地质雷达技术相结合的优势与应用
2.1 钻探技术的优势与不足
目前，钻探技术仍是岩土工程勘察的主要手段，通过钻探取芯能够直观地反映地层的各种信息，再经过室内测试可以获取地下岩土的重度、强度等数据。在钻探过程中，有经验的操作人员根据钻进难易、进度、钻头的磨损等情况可以推断地层岩土的很多性质。但钻探仍有一些明显不足，劳动强度大和进度慢是一方面，钻孔之间的“盲区”揭示是另一方面，实际上由于钻进过程中机械扭矩的破坏作用，在探测风化岩层时常出现判断错误，按照钻探显示的风化层厚度可能比真实厚度大数米，因此对钻探技术要有全面客观的认识，迷信钻探的真实性或纠结于钻探的不足都是不可取的。
2.2 钻探技术与地质雷达技术的结合
GPR技术具有分辨率高、无损探测、效率高、抗干扰能力强等突出优点，例如采用5000MHz时的分辨率可达几cm，探测时对地下构造不产生破坏作用，所需人员及探测时间均远小于钻探工作，可以在各种地下环境下工作，适应性很强。但高频电磁波在地下介质中的高衰减性，使其探测深度受到限制，目前采用较低的频率可探测到灰岩地区地下80m深的溶洞，采用中低频率可探测20～50m，所以GPR技术适合地下浅部电磁特性变化明显的界面探测。那么钻探技术与GPR技术如何结合才能发挥两者最大的优势呢？显然，地质结构复杂，基岩面起伏剧烈，含有溶洞、地下洞穴、破碎断裂带等不良地质，单纯依靠钻探技术很难满足工程设计要求，这种情况下将钻探技术与GPR技术相结合，能够完整地揭示勘察区域的地质特征，下面结合工程案例加以说明。
某工业厂房地层为二叠系茅口组灰岩及第四系冲洪积物，场地地貌属河谷侵蚀阶地，地势相对平整。在勘察设计阶段按照规范完成了钻探工作，并根据规范要求绘制了钻探图和地层剖面图，但在施工阶段发现开挖情况与勘察报告揭示的地质情况有异，主要问题是在勘察孔之间的区域发现了土洞、岩溶等异常情况。于是再次引入GPR技术对相关区域进行了勘察。例如除尘器所在区域下部勘察孔之间发现了钻探未探明的不密实区和1.5m3的空洞，现场开挖证实了GPR的结论。再如烟囱基础所在地约直径60m，GPR在勘察孔之间同样发现了数个溶洞，通过对距地表最薄处溶洞的钻探也得到了验证。这个案例说明，对于地下构造复杂的地层，钻探技术存在明显局限性，如果将其与GPR技术相结合，以钻探资料为基础，将GPR作为有益的补充，两者之间取长补短，则可更全面、客观地揭示场地的地质状况。
3 结语
综上所述，地质雷达技术已在各种工程实践中证明了它的有效性，作为一种新型勘察技术手段，可以较好地弥补钻探技术的局限与不足，而将两者结合起来，扬长避短，解决传统勘察手段难以解决的问题，是勘察工作的“王道”，因此希望本文能给读者以启迪。
参考文献：
[1]陈亚乾，陈铭.地质雷达技术与岩土勘察技术相互补充的应用研究[C]// 中国建筑学会工程勘察分会2013年学术大会论文集.昆明：中国有色金属工业昆明勘察设计研究院，2013：64-71.
[2]姚彩霞，姚晓.地质雷达在岩溶地区建筑地基勘察中的应用[J].勘察科学技术，2013（3）：59-61，64.
[3]常士骠，张苏民，项勃，等.工程地质手册[M].第4版.北京：中国建筑工业出版社，2007：87-89.
论文作者:曹强
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第8期
论文发表时间:2016/9/5
标签：技术论文; 地质论文; 地层论文; 岩土论文; 溶洞论文; 地下论文; 电磁波论文; 《低碳地产》2016年第8期论文;