徐同桐 周志奇 何子苗

(蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

1 工程概述

2 400頭種豬示范場(chǎng)作為現(xiàn)代畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)示范項(xiàng)目，地處新疆昌吉市老龍河地區(qū)，整個(gè)這片地區(qū)地形為山前沖洪積傾斜平原的地貌，地形相較于其他地區(qū)，較為平坦，且總地勢(shì)為西高東低的地勢(shì)特征。該地形區(qū)域地層的土種類主要為粉土，顏色是土黃色。該地層土的干強(qiáng)度為低到中等，其韌性為低到中等，其搖振反應(yīng)為中等到高。土層上部含有植物根系，在勘探深度6.5 m～8.0 m內(nèi)未揭穿。該區(qū)域場(chǎng)地的地基缺陷屬于非自重濕陷性Ⅰ級(jí)。場(chǎng)區(qū)內(nèi)待測(cè)的配種懷孕舍地平部分為8 cm混凝土板，強(qiáng)度C25;其下層采用30 cm戈壁土填充，最下層為細(xì)粒粉土。

該場(chǎng)區(qū)地面及地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的分層情況依次為:8 cm混凝土、30 cm戈壁土、素土。若施工控制不當(dāng)，在混凝土板與戈壁土之間容易出現(xiàn)空洞或空隙，導(dǎo)致過(guò)多的上層荷載施加在地面其他部位發(fā)生應(yīng)力集中，存在局部過(guò)載致災(zāi)的潛在危險(xiǎn)，這將引起工舍施工和使用過(guò)程中的不安全性。

2 檢測(cè)方法與過(guò)程

2.1 檢測(cè)方法

我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)實(shí)地采用LTD-2000探地雷達(dá)與GC900M天線的組合檢測(cè)裝置。該檢測(cè)裝置主要由主機(jī)、天線等組成(如圖1所示)。其工作原理是，當(dāng)探測(cè)雷達(dá)在工作狀態(tài)的過(guò)程中，它往地底結(jié)構(gòu)發(fā)射高頻且特定調(diào)整好強(qiáng)度的電磁脈沖，當(dāng)該電磁脈沖遇到特性不一樣介質(zhì)分界面時(shí)會(huì)出現(xiàn)散射以及反射的現(xiàn)象，該檢測(cè)測(cè)試?yán)走_(dá)會(huì)立即接收并記錄這些檢測(cè)信號(hào)［1］，然后繼續(xù)通過(guò)內(nèi)部的信號(hào)處理，處理這些信號(hào)，這樣便能了解地下地層具體的情況(見(jiàn)圖2)。如果檢測(cè)過(guò)程中遇到當(dāng)電磁波從混凝土地面?zhèn)鞯较聦拥貙訖C(jī)構(gòu)時(shí)，交界面處兩者貼合不好或者存在空洞的情況下，這會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)圖像的幅值和相位發(fā)生異常變化，因此這樣便可以發(fā)現(xiàn)該檢測(cè)工程中的工程缺陷。

圖1 LTD-2000探地雷達(dá)主機(jī)

2.2 檢測(cè)步驟

在當(dāng)?shù)氐默F(xiàn)場(chǎng)實(shí)地檢測(cè)中，我們采用的是由中國(guó)電波傳播研究所研制并提供使用的檢測(cè)雷達(dá)(如圖1所示)與雷達(dá)天線。當(dāng)該探地雷達(dá)處于檢測(cè)狀態(tài)時(shí)，應(yīng)該將發(fā)射與接收天線和地表面盡可能緊緊貼合在一起，并且沿著測(cè)線滑動(dòng)，整個(gè)過(guò)程由雷達(dá)主機(jī)發(fā)射電磁脈沖信號(hào)，隨后并進(jìn)行迅速采集［3］。

為保證測(cè)量位置的準(zhǔn)確性，應(yīng)該在地表面上每隔5 m作一個(gè)明顯標(biāo)記，并且標(biāo)上該位置具體的里程數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的具體步驟如下:

1)天線選型。

針對(duì)本次檢測(cè)的具體情況，檢測(cè)過(guò)程主要從圖像呈現(xiàn)的具體像素分辨率、土層的穿透力、地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和現(xiàn)場(chǎng)施工情況四個(gè)方面綜合衡量，我們通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和施工質(zhì)量檢查，選擇了900 MHz天線。900 MHz天線的最大探測(cè)范圍為3 m，通過(guò)調(diào)整時(shí)間窗和傳播速度，設(shè)置最大探測(cè)范圍為1.0 m。

2)參數(shù)記錄的確定。

我們前期工作中，選定合適的天線之后，先進(jìn)行參數(shù)記錄試驗(yàn)。由實(shí)地檢測(cè)的最終檢測(cè)結(jié)果后，我們確定如下的參數(shù):

a.將檢測(cè)速度控制到5 km/h左右;

b.檢測(cè)頻率重復(fù)設(shè)置為64;

c.將每個(gè)地表采樣點(diǎn)設(shè)置為512個(gè)時(shí)間采樣點(diǎn);

d.將信號(hào)位置設(shè)置為128;

e.將檢測(cè)雷達(dá)天線的時(shí)間窗設(shè)置為9 ns;

f.檢測(cè)采用9點(diǎn)分段增益，并且采用線性增益;

g.檢測(cè)過(guò)程采用連續(xù)檢測(cè)的方法。

在檢測(cè)結(jié)果處理的過(guò)程中，將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)采集到的具體圖像，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行整合數(shù)據(jù)處理，將最后的檢測(cè)結(jié)果繪制成隨時(shí)間變化的雷達(dá)剖面圖。當(dāng)檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的具體異常部位，通過(guò)多次精密測(cè)量，將全部剖面測(cè)線記錄單獨(dú)寫(xiě)成具體文件，而且一邊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的檢測(cè)一邊同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，如果遇到隨機(jī)情況時(shí)，立刻組織復(fù)測(cè)，目的是確保所有數(shù)據(jù)都為準(zhǔn)確記錄。

圖2 LTD探地雷達(dá)工作原理

3 檢測(cè)數(shù)據(jù)處理

3.1 圖像分析

在本節(jié)中，就本次現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中出現(xiàn)的典型雷達(dá)圖象進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:

1)正常情況(見(jiàn)圖3):整體表現(xiàn)情況為該土層的連續(xù)性較好，從圖中看出混凝土地板與戈壁土層之間的分界面特別清楚。

圖3 正常的探地雷達(dá)檢測(cè)數(shù)據(jù)處理后的圖像

2)虛假異常(見(jiàn)圖4):這種虛假異常主要是由地面上插入地層的障礙物(如電線桿等)引起的異常。這類異常主要表現(xiàn)為連續(xù)性突然中斷，從上往下的檢測(cè)雷達(dá)所反映出來(lái)的波形發(fā)生錯(cuò)亂，但這種虛假異常通常不是施工質(zhì)量的判斷依據(jù)。我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)實(shí)地檢測(cè)時(shí)，該探地雷達(dá)工作到相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)時(shí)，會(huì)隨時(shí)記錄該具體位置與測(cè)量文件的道數(shù)，在最后出檢測(cè)報(bào)告時(shí)，能夠避免將該點(diǎn)發(fā)生的異常情況判斷為質(zhì)量異常。

3)局部空隙或空洞(見(jiàn)圖5):當(dāng)混凝土層與戈壁土之間存在空隙或尺度較小的空洞(小于3 cm)時(shí)，雷達(dá)波局部信號(hào)突出，空隙或空洞區(qū)域雷達(dá)發(fā)射信號(hào)不受其他信號(hào)干擾，無(wú)重疊現(xiàn)象，附近區(qū)域地層結(jié)構(gòu)無(wú)明顯突變。

圖4 虛假異常的檢測(cè)數(shù)據(jù)圖像

圖5 局部小尺度空隙或空洞

4)大尺度空洞區(qū)(見(jiàn)圖6):當(dāng)混凝土層與戈壁土之間存在尺度較大的空洞(大于3 cm)時(shí)，雷達(dá)波信號(hào)突出，空洞區(qū)域雷達(dá)發(fā)射信號(hào)不受其他信號(hào)干擾，無(wú)重疊現(xiàn)象，附近區(qū)域地層結(jié)構(gòu)有明顯突變。

圖6 大尺度空洞區(qū)

3.2 檢測(cè)結(jié)果

圖7 配種懷孕舍東側(cè)南門(mén)附近下層黃土層已超飽和（呈泥狀）

圖8 配種懷孕舍西北側(cè)邊墻下側(cè)存在連續(xù)空洞區(qū)

對(duì)配種懷孕舍進(jìn)行檢測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)地基基礎(chǔ)主要空洞病害(5 cm以上)分布在東側(cè)地溝一線及其附近、中部南北通道、西側(cè)地溝一線及其附近、西北側(cè)邊墻下側(cè)。其他區(qū)域存在多處空洞，空洞高度從1 cm～10 cm左右不等。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)并開(kāi)挖，發(fā)現(xiàn):LD4和LD5東側(cè)豬欄混凝土下層存在長(zhǎng)達(dá)1.5 m南北向空洞區(qū)、東側(cè)地溝混凝土下層存在長(zhǎng)度超過(guò)7.5 m的南北向空洞區(qū)。東南角開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)，地下黃土層已經(jīng)超飽和(呈泥狀)。西北側(cè)邊墻下側(cè)開(kāi)挖結(jié)果表明，存在大范圍東西向、高度約3 cm～10 cm的空洞區(qū)(見(jiàn)圖7，圖8)。

檢測(cè)結(jié)果表明，被檢房舍混凝土層與戈壁土之間存在大量空洞區(qū)，且部分粉土層有可能已沁水，甚至達(dá)到超飽和，因此存在房舍發(fā)生沉降的可能。建議建立長(zhǎng)期變形量測(cè)機(jī)制，監(jiān)測(cè)房舍外部和內(nèi)部的變形沉降趨勢(shì)，以防止發(fā)生可能的整體災(zāi)害性事故。

4 結(jié)語(yǔ)

我們通過(guò)探地雷達(dá)測(cè)試技術(shù)可以具體發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)擁有檢測(cè)圖像清晰且較好成像等優(yōu)點(diǎn)，并且可以探測(cè)到具體特定范圍內(nèi)的地下空洞，這樣可以準(zhǔn)確且清楚地反映房屋地基地下結(jié)構(gòu)信息的空間變化特征，所以在房屋基地檢測(cè)中有著廣泛的應(yīng)用空間和巨大的前景。