Георадар – специальное оборудование, представляющее собой радиолокатор для исследования грунта, мерзлоты, бетона, а также некоторых горных пород и пресной воды, позволяющий получить изображения профиля исследуемого объекта в продольном и поперечном сечении. При этом исследуемые объекты практически не подвергаются физическому воздействию.
Принцип действия прибора основан на излучении передающей антенной сверхширокополосных наносекундных импульсов в диапазоне от 10 МГц до 1000 МГц. Импульсы отражаются от границы раздела разнородных материалов. Возвращенные импульсы подвергаются цифровой обработке, и преобразуются в изображение – профиль грунта или строительной конструкции. Излучение и обработка импульсов происходит синхронно, что позволяет наблюдать процессы в толще грунта или бетона в динамике.
Для георадарных работ в соответствии с ГОСТ 32868 могут применяться георадары, имеющие сертификаты соответствия, внесенные в реестр СИ РФ, прошедшие техобслуживание и адаптированные к рабочим условиям. ГК «МОС-ЭКПЕРТ» использует для обследования зданий современные модели георадиолокационного оборудования, соответствующего всем требованиям.
Методика георадиолокационных работ планируется перед началом полевых работ на основе соответствующей априорной информации таким образом, чтобы качество полученного материала отвечало цели исследований.
Для задач обследования плит по грунту в МОС-ЭКСПЕРТ используется георадар ОКО-2 с антенными блоками АБ-1700 с центральной частотой сигнала 1700 МГц. Например, на объекте 12х36м выполняется до 14 георадиолокационных профилей, общей протяженностью порядка 350 пог. метров. Схема профилей определяется задачами исследования и выполняется, как правило, через 1 м.
Управление прибором и регистрация информации осуществляется через персональный компьютер, в случае неблагоприятных погодных условий посредством специального климатического блока управления.
записи георадиолокационных профилей устанавливались следующие параметры:
- время записи – 24нс
- накопление – 1
- шаг по профилю – 10 мм
- режим измерения «по перемещению»
Привязка профилей производится при помощи датчика перемещения встроенного в антенный блок АБ-1700.
Георадиолокационное обследование проводится в режиме профилирования при котором прибор перемещается непрерывно вдоль профиля наблюдения, со скоростью 3-5 км/ч (скорость движения зависит от выбранных параметров съемки и поверхностных условий местности).
Результатом георадиолокационной съемки являются временные и глубинные разрезы, визуализированные методом переменной плотности, на которых по горизонтали указано расстояние в метрах, а по вертикали – время прихода волн, отраженных от границ раздела сред, в наносекундах.
Методика обработки и интерпретации данных георадарной съемки.
Сущность обработки георадиолокационных данных состоит, прежде всего, в выделении полезного сигнала на фоне помех и шума. С помощью разнообразных приемов преобразования сигналов помехи и шумы по возможности ослабляются или удаляются с записи, а полезные волны подчеркиваются.
Обработка данных георадиолокации осуществлялась в программе “GeoScan-32” (ООО «Логис») и включала в себя следующие процедуры (рис. 4):
- коррекция шкалы, длины профиля;
- задание параметров визуализации данных;
- задание параметров усиления (для получения записи, контрастной по всей длине);
- вычитание среднего (используется для удаления возможной синфазной помехи, а также сигнала прямого прохождения);
- полосовая фильтрация (улучшение соотношения сигнал-шум).
Пример данных георадиолокационного профилирования: вверху – фрагмент полевой радарограммы, внизу – фрагмент радарограммы после обработки.
Задача интерпретации данных георадиолокационной съёмки состоит в преобразовании исходных радарограмм в когерентный разрез, отражающий картину залегания основных структурных слоев и каких-либо локальных объектов.
Для расчета глубины залегания выделенных объектов и структурных границ необходимо определить значения диэлектрической проницаемости (ε) или скорости распространения волн (V, см/нс) в выделенных комплексах. Оба параметра связаны между собой следующим соотношением:
(см/нс), где с – скорость распространения электромагнитной волны в вакууме. По известной скорости можно рассчитать глубину залегания объекта:
, где Н – глубина залегания объекта, t – время пробега волны.
Для определения скорости, как основополагающей величины при пересчете временного разреза (полевые данные) в глубинный, используется несколько подходов:
- По гиперболе дифракции от локального объекта, размеры которого меньше или сравнимы с длиной волны. Существует зависимость формы отклика, приходящего от дифрагирующего объекта, со скоростью распространения электромагнитной волны во вмещающей среде. Точность определения глубины таким способом обычно не хуже 5-10% от глубины.
- Из справочной литературы или данных предыдущих исследований можно также получить необходимые сведения о диэлектрической проницаемости грунтов. Точность определения глубины при таком подходе может оказаться достаточно низкой вследствие значительной изменчивости свойств пород и материалов.
- По данным бурения (или иной априорной информации) производится сопоставление выделенных отражающих поверхностей со слоями, представленными в скважине (в априорных данных).
- При реализации методики измерения на различных базах (удалениях источника и приемника), однако данная методика требует очень значительных временных затрат как на полевые, так и на камеральные работы и применяется в исключительных случаях.
При пересчете временного разреза в глубинный используется, как правило, первый и третий подходы. Определение диэлектрической проницаемости показало на приведенном выше примере достаточно высокую выдержанность свойств бетона, диапазон изменений составил 0,2 ед., а среднее значение ε= 6.
Так же при интерпретации георадарных данных применяется атрибутный анализ волнового поля, который позволяет существенно облегчить выделение аномальных участков повышенной влажности, областей разуплотнения, пустот под бетонными покрытиями.
В блок атрибутного анализа могут входить следующие виды атрибутов:
- максимальное абсолютное значение амплитуды Amax;
- время, на котором определяется максимальное значение амплитуды Tmax;
- энергия сигнала ∑A(t)2Δτ, где Δ -интервал дискретизации;
- спектр Фурье для каждой трассы;
В данном случае рассчитывалась отношение площади нормированного спектра к средневзвешенной частоте, распределение которых позволяет наглядно представить пространственное распространение ослабленных зон на контакте фундаментной плиты с грунтами основания.
