Георадары в дорожном строительстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЛУЖБА ДОРОЖНОГО ХОЗЯЙСТВА (РОСАВТОДОР)

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР ПО АВТОМОБИЛЬНЫМ ДОРОГАМ

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ

ГЕОРАДАРЫ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Тематическая подборка

Москва 2003



Георадары «ОКО-MI» позволяют:

* В непрерывном режиме проводить обследование строения дорожных одежд, осуществлять оценку толщины асфальта и бетона.

* Позволяют выявлять подземные коммуникации, пустоты и промоины.

* Производить оценку грунтово-гидрогеологических условий и т.д.

Инженерные сейсморазведочные и сейсмологические станции предназначены для проведения инженерной сейсморазведки, автоматической регистрации сейсмических сигналов от естественных и искусственных источников сейсмических колебаний, проведение региональных сейсморазведочных работ и микросейсморайонирования.

Измеритель длины свай обеспечивает их измерение методом сейсмоакустики.

Возможности определения влагонасыщенности грунтов с помощью георадара «ЛОЗА» на примере обследования промплощадки Белгородской ТЭЦ//Строит. Эксперт. Аналитич. и информац.-справоч. газ. - 2003. - № 10 (149), май.

Извлечение

Использование в строительстве современных мощных георадаров открывает широкие возможности перед проектировщиками и эксплуатационниками. Так, с помощью георадара «ЛОЗА» в течение нескольких последних лет было проведено более 200 работ, в результате которых была доказана возможность успешного его использования для решения многих задач, в частности:

* для получения геологического строения выбранных под строительство участков, даже при наличии на этих участках влажных глин, а также при расположении участков в местах плотной городской застройки;

* для определения физического состояния грунтов, наличия в них разуплотнения, полостей и т.д.;

* для нахождения подземных сооружений и коммуникаций и определения их состояния;

* для определения границ грунтовых и техногенных вод;

* для просвечивания грунтовых массивов под фундаментами сооружений, если фундаменты не содержали большого количества металла, и многого другого.

Выполняемые виды работ с использованием георадаров: [Проспект] / Архангельск, гос. техн. ун-т. Кафедра автомоб. дорог. - Архангельск, б. г. - 4 с.

Извлечение

Область применения:

- 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.

Другие виды работ:

- разработка электронных карт;

- разработка рекомендаций по применению нетрадиционных и местных материалов в дорожном строительстве.

Георадар «Грот»: [Проспект] / ЗАО «Таймер». Науч. организация. - Моск. обл., г. Троицк, б.г. -2 с.

Извлечение

Георадар «Грот» - переносной радиолокатор подповерхностного зондирования повышенной мощности с отображением радиолокационных профилей в темпе измерения.

Обеспечивает получение регистрируемого геологического профиля на жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ), определение глубины и места залегания подземных неоднородностей, разнообразных предметов и объектов в земле: кабелей, труб, фундаментов, границ раздела геологических слоев и т.д.

Таблица 1

Характеристики однородной среды	Проводимость среды (Cm/m)	Глубина зондирования (m)	Разрешение по глубине (m)	Разрешение по горизонтали (m)
Пресноводный лед	10-5	250	0,1	0,5
Известняк	10-2	>60	0,1	0,5
Сухой песок	1,4·10-4	>50	0,1	0,5
Влажный песок	6,9·10-3	25	0,1	0,5
Глина	2,1·10-2	8	0,1	0,5

Достоинства георадара «Грот»:

* Большая глубина зондирования (до нескольких десятков метров).

* Наглядность и оперативность в получении результатов измерений.

* Возможность перезаписи результатов измерений из внутренней памяти в компьютер.

* Малые габариты и вес (до 10 кг), что позволяет проводить измерения одному человеку.

* Повышенная помехозащищенность. Области применения:

* Поиск подземных металлических и неметаллических коммуникаций.

* Обнаружение карстовых полостей, пустот и тектонических нарушений.

* Обнаружение захоронений вредных веществ, экологически вредных отходов.

* Неразрушающее картирование зарытых емкостей, скрытых траншей, границ загрязненных почв.

* Определение состояния опор, мостов, туннелей, фундаментов.

* Исследование состояния автомобильных и железнодорожных дорог, определение толщины насыпи и ее структуры.

Георадар «Грот-10»: [Проспект] / ЗАО «Таймер». Науч. организация. - Моск. обл., г. Троицк, б.г. -1с.

Извлечение

Георадары серии «Грот» представляют собой георадары нового поколения, реализующие оптимальное зондирование подстилающих поверхностей.

Георадар «Грот-10» является продолжением серии «Грот», относится к лучшим мировым образцам данного типа приборов.

Основная характерная особенность георадара «Грот-10» -высокий реальный потенциал, что позволяет успешно проводить обследования в самых сложных грунтах (влажных глинах).

Таблица 2

Характеристики однородной среды	Глубина зондирования, м	Разрешение по глубине, м
Сухой песок	50-70	0,1
Влажный песок	25-40	0,1
Глина	8-12	0,1

Георадары серии «Грот» успешно используются:

* в строительстве (контроль за состоянием грунта в зоне инженерных сооружений);

* в нефтяной и газовой отраслях (контроль за состоянием, положением труб);

* в коммунальном хозяйстве (контроль за состоянием коммуникаций);

* в археологии (неразрушающее обследование).

Георадар «Грот-11»: [Проспект] / ЗАО «Таймер». Науч. организация. - Моск. обл., г. Троицк, б.г. -1с

Извлечение

Достоинства георадара

Георадар - переносной геоинтроскоп реализующий оптимальное зондирование подстилающих поверхностей с отображением георадиолокационных профилей в процессе измерения на жидкокристаллическом экране.

Георадар является продолжением георадаров серии «Грот», относится к лучшим мировым образцам данного типа приборов.

Основная характерная особенность георадара - высокий реальный потенциал, что позволяет успешно проводить обследования в самых сложных грунтах (влажных глинах).

Таблица 3

Характеристики однородной среды	Глубина зондирования, м	Разрешение по глубине, м
Сухой песок	До 200	0,5-1
Влажный песок	До 150	0,5-1
Глина	До 100	0,5-1

* Георадары успешно используются:

* в геологии (определение глубин залегания и мощности слоев разных пород);

* в строительстве (контроль за состоянием грунта в зоне инженерных сооружений);

* в нефтяной и газовой отраслях (контроль за состоянием, положением труб);

* в коммунальном хозяйстве (контроль за состоянием коммуникаций);

* в археологии (неразрушающее обследование).

Георадары, дороги - 2000: Материалы Международного научно-технического семинара. - Архангельск: Изд-во Архангельск, гос. техн. ун-та, 2000. - 104 с.

Представлены материалы Международного научно-технического семинара, посвященные проблемам использования георадаров в дорожном хозяйстве. Приведены работы Архангельского, Московского, Тверского и Томского государственных университетов; Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета); научно-исследовательских институтов территориального развития и транспортной инфраструктуры (г. С.-Петербург), приборостроения (г. Жуковский) и РосдорНИИ (г. Москва); акционерных обществ «Логис», «Нева-Дорсервис», «Технотавр», «Стром-Гидроник», а также Шведских дорожной администрации и производственных компаний из г. Мала.

Рассмотрены различные конструкции и технические характеристики георадаров с грунтовыми и рупорными антенными блоками.

Приведен анализ опыта применения георадаров при обследовании автомобильных дорог, грунтово-гидрогеологических изысканий под новые трассы, оценке запасов дорожностроительных материалов в карьерах в различных природно-климатических условиях: Швеции, Финляндии, центральной части, северо-запада и севера России. Отдельные исследования посвящены вопросам совершенствования методов зондирования, применению методов термокартирования в дорожной отрасли.

Определены новые направления исследований: использование рупорных антенн и многоканальных систем, совершенствование программ по обработке радарограмм, проведение мониторинговых работ и т.д.

На семинаре были заслушаны следующие доклады:

Орлов П.П. Внедрение новых технологий в дорожном хозяйстве Архангельской области.

Помозов В.В., Поцепня О.А., Семейкин Н.П., Семейкин Ю.Н., Дудник А.В., Флоринский В.И. Георадары серии «ОКО».

Кулижников A.M., Бурда С.Н., Минаев О.В. Применение метода георадиолокации при разведке запасов месторождений дорожно-строительных материалов в карьерах.

Глазунов В.В., Ефимова Н.Н., Никифоров А.В. Применение метода георадиолокации для поиска и разведки месторождений песка.

Лушников Н.А., Лаврухин СВ., Лушников П.А. Проблемы и опыт применения геолокаторов для целей обследования автомобильных дорог.

Кулижников A.M., Шабашева М.А., Нестеров А.П., Кулижников Д.А., Минаев О.В. Результаты георадарных обследований участков автомобильных дорог в Мурманской области.

Кулижников A.M., Шабашева М.А., Нестеров А.П., Кулижников Д.А., Горлов Д.Е., Минаев О.В. Результаты георадарных обследований участков в Архангельской области и Республике Коми.

Лукьянов СП., Шостак А.С, Загоскин В.В., Потемин Р.В. О возможности определения электрофизических характеристик верхних слоев полотна дороги по измеренным коэффициентам отражения сверхширокополосных сигналов вертикальной и горизонтальной поляризации в свч-диапазоне.

Глазунов В.В., Ефимова Н.Н., Бутенко Г.Г. Неразрушающий контроль и промеры конструктивных слоев дорожной одежды по данным метода георадиолокации.

Сафонова Е. А. Опыт и перспективы использования георадара «ГРОТ» для исследования состояния оснований автомобильных дорог до глубины 30 метров.

Lenngren Carl А. Определение толщины покрытия с помощью ГПР (PAVEMENT THICKNESS AND GROUND PENETRATING RADAR).

Emilsson J., Friborg J. Один из методов определения содержания влаги в дорожном полотне с помощью ГПР (LIST OF REFERENCES SIMPLE METHOD FOR ESTIMATION OF WATER CONTENT OF ROADBEDS USING GPR).

Кулижников A.M., Шабашева М.А. Опыт применения георадаров за рубежом.

Кулижников A.M., Шабашева М.А. Опыт применения георадаров компанией «ROADSCANNERS» (Финляндия).

Баев М.Ю., Громов Е.Ф., Тер-Терян С.А. Применение геофизических методов при строительстве автомобильных дорог на болотах.

Петров А.В. Применение методов термокартирования при решении вопросов управления содержанием автомобильных дорог.

Владов М.Л., Калашников А.Ю., Старавойтов А.В., Токарев М.Ю. Опыт применения георадара «Зонд-12» для решения инженерных задач.

Георадары, дороги - 2002: Материалы Международной научно-практической конференции 26-28 ноября 2002 г. - Архангельск: Изд-во Архангельск, гос. техн. ун-та, 2002. - 94 с.

Представлены материалы Международной научно-практической конференции, посвященной проблемам использования георадаров в дорожном хозяйстве. Рассмотрены новые технические решения в георадарах серии «ОКО» и канадской компанииSensors & Software. Приведены результаты применения георадаров при обследовании автомобильных и железных дорог, разведке и оценке запасов дорожно-строительных материалов в карьерах, а также для контроля качества дорожно-строительных работ и изысканий новых направлений автомобильных дорог в различных природно-климатических условиях. Уделено внимание совершенствованию интерпретации данных, определению влажности грунтов, проведению мониторинговых исследований, прогнозу аварийных ситуаций на дорожных сооружениях.

Приведены результаты исследований государственных университетов: Архангельского технического, Сибирского путей сообщения (г. Новосибирск) и Томского систем управления и радиоэлектроники; научно-исследовательских институтов и предприятий: РОСДОРНИИ (г. Москва), приборостроения (г. Жуковский), «ТЕНЗОР» (г. Москва), «ЛОГИС» (г. Жуковский) и «Палеоантропологической лаборатории» Университета Наяновой (г. Самара); дорожных центров «ИНДОР» (г. Томск) и Эстонского технического (г. Таллинн); ЗАО «ПАНАТЕСТ» (г. Москва), а также шведских дорожной администрации и производственных компаний из г. Мала.

Определены направления дальнейших исследований.

На конференции были заслушаны следующие доклады:

Верещагин А.Ф. Внедрение новых технологий в дорожном хозяйстве Архангельской области.

Кулижников A.M., Белозеров А.А., Бурда С.Н. Применение георадарных технологий в дорожном хозяйстве.

Кулижников A.M., Белозеров А.А., Бурда С.Н. Обнаружение дефектов в фунте земляного полотна и назначение ремонтных работ на основании георадарных исследований.

Лушников Н.А. Совершенствование системы диагностики автомобильных дорог георадарными методами.

Степанов Р.А., Лукьянов СП. Исследование метода сверхширокополосной радиолокации в задачах контроля состояния верхних слоев дорожной одежды.

Семейкин Н.П., Помозов В.В., Семейкин Ю.Н., Дудник А.В., Шибанов А.Р. Новые технические решения в георадарах серии «ОКО».

Гусев С.А; Георадары компании Sensors & Software (Канада).

Андриянов А.В., Лушников Н.А. О перспективах применения многоканального георадара при обследовании автомобильных дорог.

Лукьянов СП., Бойков В.Н., Черный И.А. Проблемы и пути совершенствования георадарных методов контроля и диагностики состояния дорожной одежды автомобильных дорог.

Mattias Olep, Oliver Akke. Применение георадаров в дорожном хозяйстве Эстонии (Integrating the GPR (radar) to Estonian roadbuilding).

Бурда С.Н., Кулижников A.M. Определение влажности грунтов при обследовании автомобильных дорог георадарами.

Белозеров А.А., Кулижников A.M. Применение георадаров для обследования оползневых участков автомобильных дорог.

Лушников Н.А., Лушников П.А., Прохоров Е.А. Результаты наблюдений за состоянием автомобильных дорог с помощью геолокатора.

Lenngren Carl А. Использование грунтового пенетрационного радара (GPR) для определения толщины покрытий автомобильных дорог (Pavement thickness and ground penetrating radar).

Emilsson J., Friborg J. Один из методов определения влажности в грунте земляного полотна с помощью GPR (List of references simple method for estimation of ater content of roadbeds using GPR).

Заморин В.В. Применение метода электромагнитного сканирования для выявления переувлажненных зон земляного полотна.

Георадары «ОКО-2»: [Проспект] / НИИП им. В.В. Тихомирова, ООО «Логис», Центр «ГЕОН» им. В.В. Федынского. - г. Жуковский, г. Москва, б.г. -2 с.

Извлечение

Наши георадары предназначены для обнаружения в грунте, под водой, в насыпных грузах и в других средах различных предметов, неоднородностей, в том числе трубопроводов, карстовых пустот и промоин в железнодорожном и автомобильном полотне.

Георадары могут быть использованы при обследовании трубопроводов, автомобильных дорог, при проведении археологических, строительных и ремонтных работ, в поиске криминальных и контрабандных захоронений.

- Все приборы опторазвязаны с экранированными антенными блоками.

- Управление георадарами производится через порты: СОМ, USB, Ethernet.

- Наработан практический опыт эксплуатации приборов в Генеральной прокуратуре Российской Федерации и других силовых структурах.

Таблица 4

Тип георадара	Антенные блоки	Характеристики георадара
		Центральная частота (МГц)	Глубина зондирования (М) (max)	Разрешение (М)
«ОКО-2»	АБД	25-100	30	0,5-2,0
	АБ-150	150	12	0,35
	АБ-250	250	8	0,25
	АБ-400	400	5	0,15
	АБ-500	500	4	0,12
	АБ-700	700	3	0,1
	АБ-900	900	2	0,07
	АБ-1200	1200	1,5	0,05

- В МВД проводится опытная эксплуатация наших георадаров.

- В 1999 году издан приказ о принятии наших георадаров на снабжение в таможенных органах.

- Приборы сертифицированы.

- Гарантированное обслуживание 1,5 года.

Задериголова М.М. Радиоволновой метод в инженерной геологии и геоэкологии. - М; Изд-во Москов. ун-та, 1998.-320 с

Извлечение

3.2 Аппаратура для георадиоконтроля ГРК-2М

Для проведения работ радиоволновым методом автором разработана и применялась целая серия специальной аппаратуры и макетов отдельных приборов, позволяющих изучать магнитные характеристики радиополя (РРК-1,76; РПС1-РПС6; РАП-1; ГРК-1; ГРК-2М; ГРК-4). По назначению все виды этих приборов можно разделить на два класса:

1) однопараметровые, когда измеряется только один параметр электромагнитного поля на одной частоте (РРК; РПС).

2) многопараметровые, у которых имеется возможность контролировать несколько параметров одновременно (несколько частот, уровней мощности).

Кроме того, прибор РАП-1 (радиоволновой автопоиск) позволяет проводить непрерывный контроль грунтов в движении. Ниже приведено описание наиболее хорошо себя зарекомендовавшего устройства георадиоконтроля ГРК-2М (георадиоконтроль, вторая модель, модифицированная).

Передатчик и приемник ГРК-2М выполнены на новейшей радиоэлементной основе (транзисторные сборки, микросхемы), при современном дизайне. Аппаратура портативная, удобная в работе; радиоэлектронные блоки размещены в пыле-водозащитных корпусах и с помощью пристежных ремней крепятся на операторах.

В передатчике предусмотрены: работа в двух режимах (нормальный 1 и форсированный - 2) с плавной регулировкой мощности Р в каждом; контроль напряжения батарей, а также звуковой тонконтроль работы передатчика. Схема содержит термостабильный кварц, обеспечивающий высокую стабильность частоты и орган регулировки резонанса в антенне.

Приемник имеет специальную антенну со встроенным антенным усилителем, аттенюатор-делитель (уровень чувствительностиS), усилительно-преобразовательный блок с выходом на микроамперметр. Предусмотрены: электронная регулировка нуля «О» и «Калибровка» шкалы приемника, тонконтроль, кварцевый резонатор во входных цепях, контроль напряжения питания батарей, регулировка резонанса в антенной цепи, а также аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для работы с внешней ЭВМ.

3.3 Рекомендации по обслуживанию ГРК-2М и технике полевых работ

3.3.1 Внешний осмотр

1. Перед началом работы необходимо осмотреть все составные части прибора. На них не должно быть грязи, повреждений; штативы должны легко раздвигаться и легко устанавливаться в рабочее положение.

2. Особое внимание следует обращать на уровни, установленные на антенных узлах; они всегда должны быть целы и исправны.

3. Высокочастотные разъемы для кабелей антенн должны быть чистыми, легко соединяться, без заметных люфтов и повреждений.

4. Необходимо проверять состояние шнура базиса Б, крепление метровых меток на нем и зацепов (крючков) для соединения его со штативом.

5. При подготовке к полевым работам всегда следует иметь с собой набор инструментов, приборов и материалов:

1) портативный тестер (мультиметр);

2) липкая изоляционная лента;

3) коробочки со спиртом, смазочным маслом, ацетоном, вазелином;

4) запасные кабели (фидеры) с наконечниками ВЧ-разъемов;

5) набор метизов (винты, гайки), которые применяются в ГРК-2М (М3; М4; М5);

6) набор инструментов (отвертки, плоскогубцы, пинцеты, паяльник с припоем и др.).

6.2.2.2 Автомобильные дороги

Воздействие карста на дневную поверхность в виде внезапно возникающих провальных воронок, оседания, вибраций при движении автопоездов, землеройной техники, автомашин создают постоянную угрозу инженерным придорожным сооружениям и самим автодорогам, ведут к аварийным ситуациям, экологическим катастрофам. Об этом, например, говорит анализ причин нарушения устойчивости земляного полотна автомобильных дорог в Крыму, Карпатах, на Кавказе, аварий строительных конструкций.

Аварийные ситуации создаются также и на автодорогах, проложенных в зонах подработки оснований земляного полотна старыми горными выработками, планов, местоположения которых не сохранилось (г.г. Евпатория, Одесса, Уфа, Керчь, Донбасс и др.). Такие подземные полости образовались еще в прежние времена при бессистемной добыче каменной соли, строительного камня-ракушечника и пр. Радиоволновой метод с большой эффективностью был использован, например, при картировании катакомб на автодорогах действующего Евпаторийского завода стройматериалов (1979-82 гг.), где участились случаи провалов автотранспорта. Как легко заметить, результаты измерений на подработанных участках имеют резко аномальный характер.

Для определения местонахождения подземных пустот, катакомб метод РВМ был успешно применен в Одессе. Показаны результаты радиокартирования катакомб. Легко видеть резкое отличие графика над катакомбами от квазиоднородного; отдельные данные радиосъемки были проверены выборочным бурением.

Определенный интерес представляют проведенные нами автодорожные исследования в районе Алупкинской автостанции Южного берега Крыма (ЮБК) и примыкающих к ней участков дороги Ялта - Симеиз, расположенных на активном алупкинском оползне. Одновременно здесь же обследованы участки, находящиеся ниже дороги Ялта - Симеиз (территория санаториев «Солнечный», «Радуга»). Возле автостанции, где на протяжении ряда лет отмечаются деформационные трещины подпорных стенок, интенсивное сползание земляного полотна в овраг, радиоволновым методом были оконтурены активные участки оползневого тела, выявлены подземные струйчатые потоки, способствующие обводнению оползневых масс, активизации подвижек, а также проведены карстологические изменения.

Геолого-литологический разрез участка представлен переслаивающимися аргиллитоподобными глинами, песками, известняками, доломитами с линзами мергеля и гипса. Они обнажаются на склоне, крутизна которого 37-52°. Недавно была отмечена активная подвижка оползня (1990-92 гг.), покрытого сетью родников и мочажин (дренирование двух водоносных комплексов: безнапорного, в четвертичных отложениях, и напорного, в верхнепермских известняках, доломитах и известняках).

В ходе интерпретации полученных данных на оползневом склоне с помощью ГРК-2М выделены два типа аномалий: зоны сжатия и растяжения, линии отрыва и заколов. Характерное поведение графиков указывает на глубинную природу аномалий. Выявлены и подтверждены последующим бурением трех скважин скрытые карстовые полости, заполненные водой. Установлено, что почти все полости имеют связь с ослабленными зонами и уходят к р. Кама. Измерения показали, что закарстованность карбонатных пород характерна преимущественно для правого берега реки.

Результаты радиогеокартирования впоследствии были полностью подтверждены бурением, земляными работами и позволили оперативно откорректировать проектные решения при строительстве мостового перехода.

Изыскание и проектирование автомобильных дорог, мостовых переходов и путепроводов. Геофизические, геологические и гидрогеологические изыскания: [Проспект]/ГУЛ Карелавтодор. Проектная контора. - г. Петрозаводск, б.г.-6с

Извлечение

Георадар «Грот» - геофизический прибор радиолокационного зондирования, способный определять строение земли глубиной до 50 м с точностью до 10 см.

Область применения:

изыскание и проектирование автомобильных дорог и транспортных сооружений;

поиск и разработка технических паспортов месторождений дорожно-строительных материалов;

геодезические, геологические и гидрологические изыскания;

изыскание и проектирование мостовых переходов и путепроводов;

создание географических информационных систем;

проведение паспортизации и диагностики автомобильных дорог с использованием передвижной дорожной лаборатории.

Кулижников A.M., Белозеров А.А., Бурда С.Н. Назначение ремонтных работ по результатам георадарных обследований//Дороги России XXI века. - 2003. - №4. - С. 70-73.

Извлечение

С помощью георадарных обследований автомобильных дорог по радарограммам устанавливаются границы (подошвы) грунтов и положение уровня грунтовых вод. Как показали результаты георадарных обследований, проектные толщины конструктивных слоев дорожной одежды 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.

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, а в ближайшем будущем 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.

Максимальная амплитуда сигнала георадара, как правило, проявляется на границе грунтовых вод, которая достаточно хорошо читается по радарограмме. При известном положении уровня фунтовых вод, когда не выдержано требуемое расстояние от уровня грунтовых вод до поверхности покрытия, необходимо при пылеватых подстилающих грунтах поднять высоту земляного полотна либо при дренирующих подстилающих грунтах понизить уровень грунтовых вод с помощью дренажей глубокого заложения, которые могут быть размещены под обочинами или кюветами.

Помимо границ грунтов и положения УГВ, с помощью георадарных технологий можно выделить следующие дефекты:

1) зоны просадочных и разуплотненных грунтов, карстовых деформаций;

2) зоны инфильтрации поверхностных и грунтовых вод;

3) зоны неоднородных, пылеватых, пучинистых грунтов;

4) положение кривой скольжения на оползневых участках;

5) пространственное расположение подошвы водоупоров;

6) вымоины и размытые зоны с переувлажненными грунтами в их основании и др.

Кулижников А. В разведу с георадарам //Автамоб. дороги. - 2002. - №1. - С 78-79.

Статья первая

Ошибки, допущенные из-за неправильной оценки грунтово-гидрогеологических условий, очень дорого обходятся дорожникам. Избежать их можно, используя георадарные технологии.

Извлечение

Важность детального изучения геологического строения и поведения грунтовых или поверхностных вод при инженерных изысканиях под строительство и реконструкцию автомобильных дорог не вызывает сомнений. Однако грунтово-гидрогеологические изыскания очень трудоемки, поэтому при их выполнении плотность шурфов, буровых и зондировочных скважин очень низкая, и результаты изысканий носят интервальный характер. Более того, при проложении новых трасс автомобильных дорог или разведке карьеров дорожно-строительных материалов не всегда механические буры могут быть доставлены к месту проведения работ, а ручным бурением также трудно добиться требуемой плотности. Геологический же разрез между двумя скважинами (или шурфами) прогнозируется геологом исходя из его знаний и опыта работы.

В то же время основные разрушения автомобильных дорог вызываются недостаточным знанием геологического строения при проектировании или непредсказуемым поведением грунтовых вод, особенно в местах между выполненным бурением. Ошибки, допущенные из-за неправильной оценки грунтово-гидрогеологических условий, очень дорого обходятся дорожникам, и их устранением приходится заниматься ежегодно, так как изменить направление эксплуатируемой автомобильной дороги не так-то просто.

А значит, необходимы высокопроизводительные, экологически чистые и неразрушающие методы определения грунтово-гидрогеологического строения, позволяющие получить непрерывные разрезы. К таким методам относится подповерхностная радиолокация, реализованная в грунтовых (контактных) георадарах.

Что же представляет из себя георадар, каков принцип его действия? Каковы научные основы его применения?

В состав георадара, например, НИИприборостроения и ООО «Логис», входят следующие устройства: антенное приемно-передающее, управления, обработки и индикации, а также блок питания и транспортное средство.

Передающее устройство представлено формирователем импульса и источником питания высоковольтного напряжения. На корпус приемной антенны установлен широкополосный усилитель приемника. Устройство управления предназначено для связи устройства обработки и индикации с приемно-передающим устройством. Устройство управления состоит из устройства выборки и хранения, устройства стробоскопической развертки, видеоусилителя, алфавитно-цифрового преобразователя и сигнального процессора. Функции обработки и индикации выполняет ноутбук. Блок питания состоит из аккумуляторной батареи.

Работа прибора основана на использовании классических принципов радиолокации. Передающей антенной прибора излучаются импульсы малой длительности {единицы наносекунды), имеющие 2-3 полупериода квазигармонического сигнала и достаточно широкий спектр излучения.

Выбор длительности импульса определяется необходимой глубиной зондирования и разрешающей способностью прибора. Для формирования импульсов используется возбуждение широкополосной передающей антенны перепадом напряжения.

Излучаемый в исследуемую среду импульс отражается от находящихся в ней предметов или неоднородностей среды, имеющих отличную от среды диэлектрическую проницаемость или проводимость, принимается широкополосной антенной, усиливается в широкополосном усилителе, при помощи аналого-цифрового преобразователя представляется в цифровой вид и запоминается для последующей обработки с визуализацией на экране ноутбука в виде радарограммы. По скорости прохождения сигнала и характеристикам линий синфазности определяется геологическая среда.

В качестве транспортного средства могут использоваться вездеходы, снегоходы, автомобили, вертолеты. При выполнении работ на объектах малой протяженности можно вручную перемещать георадар по поверхности.

Радарограммы, полученные в полевых условиях, проходят камеральную обработку и интерпретацию по программе «Геоскан».

КулижниковА. В разведку с георадаром//Автамоб. дороги. - 2002. - №2. - С. 10-11.

Статья вторая

О применении георадаров при диагностике автомобильных дорог

Поддержание автомобильных дорог в работоспособном состоянии требует выполнения своевременных и эффективных видов ремонтных работ. По результатам диагностики получается полный спектр количественных характеристик участков автомобильных дорог: модуль упругости на поверхности дорожной конструкции, коэффициент сцепления, ровность покрытия и т.д.

Однако они отражают только состояние поверхности конструкции, не отвечая на вопрос: а что же приводит к такому состоянию, что «болит внутри» дорожной конструкции?

Извлечение

1. Как заглянуть внутрь дорожной конструкции. В настоящее время наиболее распространенными видами ремонтов являются расчистка водоотводных канав и наиболее часто применяемое усиление дорожных одежд. Усиление дорожных одежд очень дорогостоящее мероприятие. Однако, как показали наши исследования, все это дает только временный результат на 2-3 года, так как очень часто сама причина возникновения просадок и трещин не определена и дефекты вновь появляются на новом покрытии.

Необходима методика, которая наряду с количественными характеристиками позволит установить причину разрушения, заглянув внутрь дорожной конструкции. Для назначения эффективных видов ремонтных работ необходимо знать толщины конструктивных слоев дорожных одежд; типы, влажность и плотность грунтов земляного полотна и подстилающего основания; положение уровня грунтовых вод и, наконец, пространственное очертание подошвы геологических слоев подтелом насыпи, а также места расположения зон разуплотненных грунтов, пустот и инфильтрации подземных вод.

Все вышеперечисленные параметры можно определить только с помощью георадаров. Первые научные исследования с использованием георадаров, выполненные АГТУ еще в 1998 году (см. «Автомобильные дороги», 12, 1998 г.) показали, что проектная толщина конструктивных слоев дорожной одежды не выдерживается, кондиционные пески в основании дорожной одежды и теле земляного полотна заилены. Под действием динамической нагрузки в нижней части земляного полотна непосредственно под проезжей частью образовались в поперечном и продольном направлениях многочисленные углубления в водонепроницаемых грунтах, в которых скапливаются подземные воды. В полученных разрезах просматриваются зоны разуплотненных грунтов и зоны инфильтрации воды.

За три последующих года нами был накоплен большой опыт обследования дорожных сооружений. Всего обследовано более 150 км автомобильных дорог на территории 4 субъектов Федерации северо-запада России.

Цель обследований - назначение эффективных видов ремонтных работ на основе проведенных георадарных измерений. Так как одной из главных причин разрушения дорожных одежд на северо-западе России является низкая несущая способность грунта земляного полотна и подстилающих слоев, то работы проводились грунтовыми (контактными) радарами.

2. Георадары фирмы «Логис»

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. Проводится контрольное бурение и в зависимости от поставленных задач из расчета 3-15 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 на базе автомобилей УАЗ при скорости 2-5 км/ч. При проведении работ придерживались 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 км. С помощью меток фиксируются ситуация и инженерные сооружения на дороге, техническое состояние покрытия.

Диагностика осуществляется преимущественно контактными (грунтовыми) георадарами с антенными блоками АБ-250, АБ-400 и АБ-1200 (разработчик НИИприборостроения и ООО «Логис», г. Жуковский).

В процессе выполнения работ устанавливаются следующие исходные параметры (см. таблица 5).

По результатам георадарных работ были получены достаточно хорошо читаемые волновые картинки по каждому километру обследуемых участков дорог. Предобработка, обработка и интерпретация записанных файлов выполнялись по программе «GeoScan» (разработчик программы НИИприборостроения и ООО «Логис») на кафедре автомобильных дорог АГТУ.

Исследованиями выявлено внутреннее строение дорожных конструкций (геометрическое очертание подошвы и кровли фунтов земляного полотна и подстилающего основания, зоны разуплотненного грунта, зоны инфильтрации воды и положение УГВ), определены причины разрушения покрытий автомобильных дорог.

Кулижников А., Бурда С. В разведку с георадаром // Автомоб. дороги. - 2002. -№3.-С. 70-71.

Статья третья

Оценка запасов дорожно-строительных материалов в карьерах.

Извлечение

Грунтовые радары позволяют зондировать карьеры каменных материалов и грунтов на глубину от 0,5 до 50,0 м с разрешающей способностью соответственно от 0,05 до 2,0 м. При этом метод является неразрушающим и экологически чистым.

Задачами исследований явились оценка запасов дорожностроительных материалов и выявление возможностей применения георадаров для изысканий грунтово-гидрогеологических условий в лесу, отработка технологии проведения работ, определение размеров вскрышных работ и запасов полезной толщи в карьерах, а также поиск месторождений кондиционного песка для отсыпки земляного полотна.

Перед выполнением полевых работ изучалась вся имеющаяся документация по обследуемому району (топографические карты, продольные профили дорог, паспорта существующих карьеров). Выбирались типы георадаров и антенн, технология выполнения работ в зависимости от решаемых задач. Для выполнения работ был выбран отечественный георадар конструкции НИИприборостроения им. В.В. Тихомирова и ООО «Логис». Для оценки размеров вскрышных работ остановились на антенном блоке АБ-400, а запасов полезной толщи - на антенном блоке АБ-250 (см. таблица 5.).

Полученные в полевых условиях радарограммы обрабатывались и интерпретировались на кафедре автомобильных дорог АГТУ по программе «Геоскан», разработанной сотрудниками ООО «Логис».

На полученных радарограммах достаточно четко просматривается вскрыша из суглинка с включениями гравия и галечника, а ниже - валунно-галечниковый грунт с песчаным заполнителем. Расчет объемов полезной толщи и вскрыши выполнялся по регулярной сетке на основе пространственного моделирования по программе CREDO.

По результатам выполненных работ установлено:

1. За две рабочие смены группой из четырех человек с использованием георадарных технологий определены запасы валунно-галечниковой смеси (рис. 2) в карьере «Октябрьский-2» (площадь 3,4 га) в размере 500 тыс.м³.

2. Георадар с антенным блоком АБ-250 позволяет при оптимизации задания начальных параметров установить геологический разрез в карьере с сухой валунно-галечниковой смесью на глубину до 20-27 м.

3. Георадарные технологии способны эффективно оценивать запасы песчаных, гравийно-песчаных и валунно-галечниковых смесей.

4. В настоящее время георадары могут быть использованы при оценке запасов дорожно-строительных материалов в предварительно обнаруженных местах залегания полезной толщи, в то время как поиск карьеров с помощью георадаров пока еще является малопроизводительным, так как требует дополнительных исследований, связанных с выполнением тарировочных работ в разных грунтовых средах и разных природно-климатических условиях.

Таким образом, использование высокопроизводительных, экологически чистых и неразрушающих георадарных технологий исключает необходимость устройства большого количества скважин и не ведет к погрешностям, связанным с неверным толкованием прохождения подошвы геологических слоев между скважинами.

Кулижников А., Белозеров А. В разведку с георадаром // Автомоб. дороги, - 2002. - №4. - С. 46-47.

Статья четвертая

Выявление дефектов земляного полотна георадиолокационными методами.

Извлечение

Георадары позволяют определять дефекты в грунтах земляного полотна и подстилающего основания в виде размытых зон, зон суффозии, пустот, вымоин и т.д.

Доказательством эффективности этого метода могут быть работы, проведенные по договору с Департаментом дорожного хозяйства администрации Вологодской области на участке автомобильной дороги Тотьма-Нюксеница - Великий Устюг при пересечении ручья Пурный. Здесь была уложена в свое время одна из первых водопропускных труб прямоугольного сечения размером 3Ч3 м и длиной 46 м. Высота насыпи над трубой превышала 12 м.

Основной причиной аварийного состояния земляного полотна было попадание паводковых вод в тело земляного полотна снизу из-за нарушения сплошности водопропускной трубы. В свое время труба была устроена из железобетонных мостовых свай с омоноличиванием стенок бетоном и устройством лотка из сборных железобетонных дорожных плит. В течение последних лет было зафиксировано два паводка с расходом воды выше расчетного значения. В период этих паводков плиты подмыло и выбросило в водобойный колодец. Лоток оказался ниже уровня боковых стенок трубы.

При обследовании трубы и был зафиксирован разрыв между стенками и лотком на величину провала лотка. Боковые стенки местами выкрошились и имели вертикальные трещины. В результате этого между сваями боковых стенок, а также между лотком и боковыми стенками вода просачивалась в подошву насыпи, что привело к вымыванию грунта нижней части земляного полотна.

В момент обследования правый откос насыпи был частично размыт. Откосы насыпи были очень крутые и имели коэффициент заложения меньше требуемого. На данном участке автомобильной дороги была видна невооруженным глазом просадка на покрытии из-за осадки земляного полотна, а также просматривалась на стыке покрытия с обочиной вымоина диаметром 30 см.

Вымоина образовалась как из-за вымывания и обрушения грунта в нижней части земляного полотна, так и из-за необеспеченности поверхностного водоотвода, так как в результате осадки и снегоочистки с поверхности покрытия высотное положение бровки земляного полотна оказалось выше, чем у кромки проезжей части. Прикромочные лотки не работали, сброс воды из лотков не обеспечивался, так как были разрушены перепады из-за размыва откосов насыпи. Визуальное обследование показало, что при толщине асфальтобетонного покрытия, составляющей 18-20 см, глубина вымоины достигла в ее центре 60 см. Путем просмотра были установлены размеры вымоины в продольном и поперечном направлении, которые составили соответственно 3,6 и 4,0 м. Проблему усугубляло и то, что по данному участку автомобильной дороги осуществляли движение тяжелые автомобили - лесовозы.

Для обследования земляного полотна над водопропускной трубой был использован георадар НИИприборостроения и ООО «Логис» с антенным блоком АБ-150. Данный блок имел центральную частоту 150 МГц, паспортную глубину зондирования 6-15 м, разрешающую способность 0,35 м и массу 20 кг.

Запись радарограмм проводилась при ручной буксировке антенного блока. Работы выполнялись в режиме по перемещению при диапазоне развертки 200 не, количестве точек по глубине 510 штук, количестве накапливаемых отчетов 8, диэлектрической проницаемости среды 4,5. Замеры выполнялись в поперечном направлении как слева, так и справа параллельно оси трубы на расстоянии 20, 50, 100, 200, 250, 300 и 400 см от внешней поверхности трубы. В продольном направлении сканирование выполнялось по левой и правой кромкам проезжей части и по оси дороги.

Земляное полотно было сложено из пылеватого суглинка. В переувлажненных суглинистых грунтах глубина зондирования антенным блоком АБ-150 достигает всего лишь 5-6 м. Работы выполнялись летом при сухих грунтах земляного полотна, когда влажность суглинка в теле насыпи была минимальной. Тем не менее предпринятые попытки увеличить глубину зондирования до 10-12 м путем усиления сигнала привели к тому, что до глубины 5-6 м сигнал был хороший и была получена полная информация, а глубже были различимы только пустоты.

После обработки и интерпретации полученных радарограмм были построены разрезы состояния земляного полотна над водопропускной трубой вертикальной плоскостью в продольном и поперечном направлениях, а также горизонтальной плоскостью. При этом программа «Geoscan» (разработчик НИИприборостроения и ООО «Логис») позволяет просмотреть разрезы любой из перечисленных плоскостей при любом шаге, а также построить пространственные картинки при различных расстояниях вертикальных (расстояние от бровки земляного полотна и оси трубы) и горизонтальных разрезов (расстояние от поверхности покрытия) (см. схемы).

По результатам работ было установлено:

а) большая размытая зона с переувлажненным основанием находится под правой полосой движения и имеет следующие максимальные размеры: ширина 3,0 м, длина 6,0 м и глубина до 5 м от поверхности покрытия;

б) малая размытая зона с переувлажненным основанием находится также под правой полосой движения и имеет длину 3,0 м, ширину 4 м и глубину до 1,4 м от поверхности покрытия;

в) пять узких и глубоких цилиндрических вымоин, по которым вода просачивается в основание земляного полотна из вышеуказанных зон переувлажненного грунта. Диаметр вымоин от 0,6 до 1,3 м.

Данные явления (размытые зоны и вымоины) можно объяснить тем, что в суглинистом грунте были включения из супесчаного и песчаного грунта, по которым наблюдались вымывание частиц грунта снизу из-за разрушения конструкции трубы и фильтрация поверхностных вод.

Таким образом, неразрушающими (бурение не выполнялось), экологически чистыми методами в течение одной рабочей смены двумя операторами было выполнено сканирование. Около недели было затрачено на обработку и интерпретацию радарограмм. Результаты этих работ позволили получить качественные (внутренние дефекты земляного полотна) и количественные (месторасположение) оценки состояния земляного полотна.

Кулижников А. В разведку с георадаром//Автамоб. дороги. - 2002. - №5. - С. 72-73.

Статья пятая

Грунтово-гидрологические изыскания трасс автомобильных дорог с использованием георадаров.

Извлечение

Грунтово-гидрогеологические условия определяют строительную стоимость дорожного сооружения и во многом влияют на работоспособность и затраты в процессе эксплуатации автомобильной дороги.

Одной из первых организаций, которая отошла от традиционной технологии, стало государственное унитарное проектно-сметное предприятие Мурманской области, которое применило георадарные технологии на участке спрямления автомобильной дороги Кола - Верхнетуломский - КПП «Лотта» общей протяженностью 9 км.

Условия Мурманской области являются одними из идеальных для применения георадаров, так как характеризуются залегающими в подстилающих слоях крупнообломочными и гравелистыми грунтами. Проектировщики ГУ ПСП заинтересовались возможностью выполнения работ георадарами непосредственно в лесу. Тем более что буровую сюда направить оказалось невозможным (из-за отсутствия подъездных путей), а бурение ручным буром, как показала практика, очень часто не приносит успехов из-за включений в мореные грунты больших валунов.

...