Карта сайтаКонтакты

Принцип работы и использование георадара

На протяжения долгого времени человеку было всегда интересно, что и как происходит на земле и в её недрах. Нас интересует, что и где, а главное как лежит, даже если не мы туда положили. Для удовлетворения этих потребностей производятся специальная техника и приборы. На сегодняшний день существует множества приборов для изучения, поиска, исследования земной поверхности и её недр. Также разрабатываются приборы для обеспечения безопасности жизни деятельности человека. Таким приборам является «АБ-400» создан на основе георадара.

image002 image001

Так что же представляет собой георадар?

Георадар — это прибор радиолокационного зондирования (GPR), для подповерхностных исследований направленных на получение детальной информации об объекте в реальном режиме времени. Работа георадара основана на явлении отражения высокочастотного электромагнитного сигнала от границ объектов с отличными от среды их нахождения электрическими характеристиками.

image003

Георадар является уникальным геофизическим прибором, ведь георадар позволяет подготовленному оператору «видеть» сквозь камень, землю и воду. Практически не существует такой среды, которая могла бы скрыть от георадара свои тайны: пустоты и инородные тела, изменения плотности и структуры, скрытые внутренние конструкции, вообще практически любые аномалии – всё это для георадара страницы открытой книги. Границы успешного использования георадара огромны:

— геология и добыча полезных ископаемых;

— экспертиза и строительство автомобильных дорог;

— экспертиза железобетонных сооружений и трубопроводов;

— исторические и археологические исследования;

— поиск, картографирование и исследование подземных коммуникаций;

— исследование и ремонт мостов;

— проведение экологической оценки почв и сооружений;

— поиск грунтовых вод и подземных резервуаров;

— исследования водоёмов, изучение характеристик снежных и ледовых покровов;

— поиск кладов;

— экспертиза железнодорожных путей;

— строительство;

— горизонтальное направленное бурение – и это далеко не полный спектр для применения георадара.

Основные преимущества георадара над другими методами:

  • компактность в работе георадара создаёт минимум неудобств при проведении исследований в густонаселённых районах и местах плотной застройки. Использование георадара не наносит ущерба окружающей среде и исключает нарушение экологического баланса;
  • использование георадара не требует дополнительного оборудования и мощных источников энергии. Георадар одинаково эффективный при исследовании вертикальных, наклонных и горизонтальных поверхностей. Георадар проводит измерения практически на любом, в том числе сильнопересечённом ландшафте, на любой поверхности – земля, песок, глина, камень, снег, лёд. Георадар используется и на любых искусственных поверхностях – железобетон, бетон, кирпич и так далее;
  • применение используемого в георадаре георадиолокационного метода диагностики является на данный час самым перспективным для точного определения характеристик исследуемого объекта. В сравнении с другими методами, георадиолокационная диагностика, лежащая в основе действия георадара, характеризуется высоким быстродействием наряду с низкою энергозатратностью;
  • и главное, георадар использует неразрушающий метод исследования и контроля — георадиолокацию. Благодаря использованию георадара производственные и исследовательские затраты сокращаются в десятки, а в некоторых случаях и сотни раз, а значит и экономическая эффективность проекта с использованием георадара значительно выше!

Что такое георадар и принцип его действия

Георадиолокационное (георадарное) обследование производится при помощи специального инструмента – георадара, который представляет собой электронный прибор. С помощью георадара исследователи получают непрерывный разрез той среды, в которой производится диагностика. Глубина исследования при этом может достигать 20 метров. Запись данных экспертизы осуществляется в файл, что позволяет в дальнейшем проводить изучение и документирование материала при помощи компьютерного оборудования.

Принцип действия георадара целиком и полностью основывается на радиолокации: излучение и фиксация отраженных электромагнитных импульсов. Импульс производится самим прибором и при помощи излучателя (антенны) направляется в изучаемую среду. Средой может быть любой материал: бетон, грунт, кирпичная стена и пр. Среда может иметь неоднородную структуру, что и отражает прибор. На основании таких исследований выявляются различные пустоты и вкрапления других материалов.

Георадиолокация — неразрушающий метод исследования и контроля. Применение его может значительно сократить затраты. К примеру, поиск кабельных трасс под землей при помощи георадара значительно упрощается, а если учесть тот факт, что на многих действующих ныне заводах нет документации о проложенных когда-то трубопроводах и кабельных лотках, то эффект от использования георадара значительно возрастает.

Как правило, при георадиолокационном исследовании блок антенн георадара перемещается по поверхности среды. Излучение и прием отраженных средой сигналов происходит через определенное расстояние. Эта дистанция носит название «шаг зондирования». Минимальное значение шага может измеряться всего несколькими миллиметрами.

После того, как антеннами будет принят отраженный сигнал, он поступает на устройство регистрации информации; как правило, в качестве регистратора используется ноутбук. На данном устройстве производится запись полученных данных в файл. После анализа записанной информации и ее структурирования инженер-диагност компании, проводящей георадиолокационную экспертизу, получает «разрез исследуемой среды». Другое название данного разреза – георадиолокационный профиль.

Чаще всего такого рода профиль выполнен в виде радиограммы. Радиограмма представляет собой массив глубин отраженных сигналов. Еще одно название радиограммы – волновая картина.

Преимущество георадара

В последнее время стало очень популярно проведение георадиолокационной экспертизы. Такой метод диагностики является самым многообещающим способом определения характеристик исследуемой среды. Это перспективное направление развития в области геофизических исследований. Преимущества георадара и георадиолокационного способа диагностики

  • Высокая разрешающая способность георадара и его помехоустойчивость к искажающим сигналам наряду с быстротой проведения и их экономичностью делает метод исследования очень привлекательным для современных руководителей предприятий и организаций. Проводя у себя на территории георадиолокационную экспертизу, можно получить достоверные сведения о свойстве грунтов, их составе, нахождении опасных пустот под зданиями или в непосредственной близости от них и многое другое. К примеру, исследование монолитного фундамента с использованием георадара может выявить его разрушения и помочь принять меры еще до того, как произойдут подвижки основания.
  • При проведении георадарного исследования не требуются большие производственные площади. Так как весь исследовательский комплекс — оборудование небольших размеров. Это существенное преимущество, позволяющее производить исследования даже в подвальных помещениях или емкостях.
  • Применение данного метода диагностики существенно сокращает расходы на проведение буровых работ. Ведь георадиолокация предоставляет исследователю детальную информацию о подстилающих слоях грунта и его структуре. Бурение контрольно-измерительных скважин в этом случае проводится в меньшем количестве и именно там, где это действительно нужно.

 

Виды работ

Область применения георадара весьма широка, но ее можно условно подразделить на две группы мероприятий. Каждой из таких групп характерны свои методики и способы обработки информации:

  1. Решение геологических и гидрогеологических задач:
    • Картирование геологических структур – восстановление геометрических границ;
    • Определение свойств и структуры различных отложений. Выявление уровня прохождения грунтовых вод. Определение толщины отдельных слоев грунта и границ между различными участками;
    • Определение толщины ледяного покрытия;
    • Изучение толщи водного слоя и определение поддонных отложений;
    • Определения глубины промерзания грунта;
  1. Поиск отдельных объектов и инженерных сооружений в нештатных ситуациях:
  • Поиск кабельных трасс;
  • Поиск трубопроводов;
  • Определение границ производственных захоронений;
  • Выявление расположения заваленных или обводненных подвальных помещений;
  • Определение пустот в опасной близости от эксплуатируемых зданий и сооружений.

Обследование карьеров и геологические изыскания

Как вы уже могли услышать или прочитать, георадар — это прибор, который обеспечивает быстрое и детальное сканирование грунта. Высокая мобильность георадара в сочетании с возможностью проведения неразрушающего сканирования грунта (без контрольного бурения) с высокой детализацией делают георадар уникальным среди другого оборудования, используемого в геофизике. Благодаря полученным данным, появляется возможность принять правильное решение при проведение работ, в результате чего инженерные изыскания становятся менее затратной. При георадарных исследованиях существует возможность отобразить результаты проведенного сканирования грунта в виде 3D-модели изучаемой среды.

Благодаря георадарным исследованиям стало возможно построение геологических разрезов, поиск и разведка запасов месторождений полезных ископаемых, определение положения уровня грунтовых вод, толщины льда, глубины и профиля дна водоёмов, положения карстовых воронок и пустот, гляциологические исследования – вот далеко не полный перечень тех задач, которые геология решает с помощью сканирования грунта георадаром. Но ряд задач геология решает только георадаром. Например, проведение картирования геологических структур, то есть определение контактов горных пород с различной диэлектрической проницаемостью возможно только с использованием георадара.

image004

При инженерно-геологических изысканиях используются возможности георадара по сканированию грунта при исследованиях в области инженерной геологии, гидрогеологии и геокриологии; инженерно-геологических изысканиях для строительства; определения уровня грунтовых вод, зон повышенной обводненности; выявления участков развития опасных геологических процессов (карста, оползания и др.).

Применение георадара при обследовании и оценке карьеров позволяет сэкономить большие средства, поскольку разработка грунта при добыче полезных ископаемых может вестись благодаря георадару непрерывно, с максимизацией полезной выработки, так как георадар обеспечивает четкое определение границ между разными породами и минералами.

image005

Поиск скрытых объектов

Современные георадары просвечивают грунт на глубину до 100 метров. Искомый объект должен быть сопоставим по своим размером с глубиной залегания, а также должен быть контрастен по своим свойствам с окружающей средой.

Как правило в георадиолокации используются частоты сигналов от 50 до 1500 МГц, благодаря этому расширяются возможности поиска скрытых объектов как в конструкциях так и в грунтах на самых больших глубинах.

Как показывает практика, при различных условиях окружающей среды георадар позволяет обнаружить:

  • объект с линейными размерами от 3-5см на глубинах до 1м;
  • объект с линейными размерами от 5-10см на глубинах до 2м;
  • объект с линейными размерами от 10-15см на глубинах до 5м;
  • объект с линейными размерами от 15-30см на глубинах до 10м;
  • объект с линейными размерами от 1м на глубинах до 50м;

Основное достоинство георадара по сравнению с другими используемыми в геофизике приборами — его универсальность, которая позволяет использовать георадар не только непосредственно в геофизике, для решения её различных задач. Георадар используется в геологии, строительстве, экологии, археологии, и многих других сферах деятельности, другими словами везде, где требуется осуществить эффективный поиск скрытых объектов.

Использование георадара в поисковых работах имеет огромный потенциал, что сегодня позволяет геофизике успешно выполнять поиск георадаром скрытых объектов в самых сложных для этого ситуациях.

Обследование строительных конструкций и фундаментов

Когда появился прибор — георадар, стало ясно, какого помошника получила в связи с этим строительная отрасль а особенно железобетонное строительство. Георадар, использующий неразрушающий метод подповерхностного зондирования является незаменимым прибором для обследования внутреннего состояния железобетона. Георадар не нарушает при этом общей целостности конструкций. При работе с железобетоном георадаром определяется качество и внутреннее состояние бетонных конструкций (мостов, зданий, фундаментов, свай и др.).

image006

Благодаря георадарным обследованиям появилась возможность исследования эксплуатационных характеристик строительных конструкций. Георадар сканирует внутреннее строение и определяет деформационное состояние зданий и инженерных конструкций. Также с помощью георадара определяются геометрические и физические параметры подземных частей фундаментов строений, оснований и свай.

При проведении обследования железобетонных конструкций и сооружений георадар производит общее сканирование, определяет места нахождения арматуры, инженерных сетей, закладных, толщины ж/б плит, наличие полостей и пустот, наличие/отсутствие гидроизоляции (особенно георадар помогает в тех случаях когда нужно обследовать ж/б конструкцию не нарушив защитного слоя). Также георадар используется в строительстве для контроля качества и обнаружения объектов в конструкциях перед сверлением или бурением. Георадиолокационное обследование позволяет заранее обнаружить инженерные сети и потому исключить возможность их повреждения и последующего дорогостоящего ремонта.

image007

Обнаружение и обследование коммуникаций

На сегодняшний день, обнаружение скрытых коммуникаций (кабелей, трубопроводов, коллекторов, баков, резервуаров, септиков и т.д.) в городских условиях георадаром приобретает большую популярность. Объясняется это тем, что часто имеющиеся в наличии схемы и планы коммуникаций имеют значительные расхождения с действительностью, а иногда попросту отсутствуют. В этом случае, работать без предварительного георадарного обследования территории крайне не желательно, георадар даёт возможность избегать неизбежных аварий.

image008

Повышенный спрос на георадарные исследования для поиска коммуникаций обычно исходит от организаций, занимающихся бестраншейной прокладкой подземных коммуникаций в условиях города (горизонтально-направленное бурение). Полученная с помощью георадара информация о наличии и положении в плане и по глубине подземных коммуникаций на осях горизонтального бурения обеспечивают безаварийную работу, выполненную в кратчайшие сроки и с минимальными затратами.

Коммунальными и ремонтными службами георадар используется для определения местоположения и глубины залегания скрытых коммуникаций, обследования участков местности перед проведением земляных работ, а также для обнаружения мест прорывов в трубопроводах. Использование георадара позволяет вести успешный поиск мест утечки жидкости из подземных и скрытых в стенах трубопроводов.

Благодаря георадарному зондированию возможен поиск даже наиболее сложных для обнаружения пластиковых, бетонных и других неметаллических труб. В отличие от георадара металлоискатели и трассоискатели здесь бессильны.

Экспертиза автомобильных дорог

Для качественного производства ремонтных работ, как правило, требуется предварительное обследование. Обычно это контрольное бурение, отбор проб грунта и статические нагрузки. Но все эти методики довольно дорогостоящи, а самое главное не дают целостной картины состояния дорожного покрытия и подстилающих его грунтов. А главное само по себе применение этих методов ослабляет дорожное покрытие. Поэтому в условиях, когда средства, выделяемые на оценку состояния дорожного покрытия, ограничены в размерах, на первое место выходит экономичность методик диагностирования. И в этой связи особую актуальность и рациональность приобретает георадарное обследование.

По характеристикам полученного георадиолокационного профиля (разреза дорожного пирога) оператор георадара делает выводы о толщине слоев различной плотности, наличие в них пустот, переувлажнений, т.е. о состоянии дорожного покрытия. В процессе интерпретации георадиолокационных профилей можно выявлять наличие, а также прогнозировать появление и распространение опасных физико-химических процессов (суффозии, карсты), зон просадок и разуплотнения грунтов, зон размытия грунтов, инфильтрации грунтовых вод и т.д.

image009

Георадиолокационный профиль, выполненный по участку автомобильной дороги, для определения причин разрушения и просадок дорожного полотна, для определения толщин конструктивных слоев.

Для определения мощности и количества и качества слоев дорожной одежды, а также проведении комплексного исследования конструкции дорожного полотна, в нашей компании используются георадары, имеющие различные типы антенн с разными частотными диапазонами (400 – 1700МГц). Для определения границ и состояния асфальта и а/б – применяются высокочастотные антенные блоки георадара (1000, 1700МГц); для определения толщины слоев основания полотна дороги используются антенные блоки с низким частотным диапазоном (150 – 250МГц).

В результате комплексной неразрушающей георадарной экспертизы автомобильных и железных дорог можно быстро, экономично и надежно получать самые точные данные о состоянии дорожного покрытия, количестве и качестве использованных материалов, прогнозировать места разрушений и многое другое.

image010 image011

Обнаружение мест утечек жидкости

Коммунальными и ремонтными службами георадар используется для определения местоположения и глубины залегания скрытых коммуникаций, обследования участков местности перед проведением земляных работ, а также для обнаружения мест прорывов в трубопроводах.

Благодаря георадарному зондированию возможен поиск даже наиболее сложных для обнаружения пластиковых, бетонных и других неметаллических труб.

Использование георадара позволяет вести успешный поиск мест утечки жидкости из подземных трубопроводов, скрытых систем водоснабжения, отопления, канализации. С помощью георадара возможно обнаружить влажные и обводненные участки внутри бетона или грунта, а также увидеть направление распределения жидкости и как следствие локализовать место протечки.

image012 image013

Горизонтально направленное бурение

Горизонтальное направленное бурение (ГНБ) является новейшей технологией, выгодно отличающейся от классической прокладки коммуникаций тем, что её воздействие на окружающую среду минимально, оно используется для строительства новых инженерных сетей и ремонта изношенных коммуникаций. Эта технология не имеет аналогов и не заменима в случаях, когда необходимо прокладывать инженерные сети под действующими транспортными магистралями, реками и другими преградами, где открытый способ прокладки сетей крайне затруднён или вовсе невозможен. Но буровые установки не могут действовать «в слепую», так как крупных в городах под поверхностью асфальта и газонов находится огромное количество коммуникаций, схемы расположения многих из которых утеряны либо неточны. Поэтому перед тем как начинать бурение, надо в обязательном порядке уточнять истинное местоположение этих коммуникаций, и удостовериться в отсутствии археологически ценных объектов, особенно если работа ведется в исторической части города.

В связи с этим для экономичного использования технологии горизонтально направленного бурения решающее значение имеет предварительное детальное изучение грунта. Георадарное обследование позволяет провести послойное вертикальное или горизонтальное изучение грунтов на предмет выявления таких преград, как трубопроводы, кабельные трассы, фундаменты, шахты и т. д. Использование георадара при горизонтально направленном бурении позволяет выбрать правильное направление движения бура.

Георадар позволяет вести прокладку инженерных коммуникаций под дном водоемов и под сооружениями ниже их фундамента. Благодаря георадару возможна сложнейшая прокладка коммуникаций над, под или между другими трубопроводами и кабелями без вскрытия пересекаемых сетей, бурение из колодца в колодец. Также возможно применение георадара для контроля качества после выполнения работ по прокладке коммуникаций, проверки скрытых работ и т.д.

image014

Фрагмент георадиолокационного профиля. Красными линиями отмечены выявленные коммуникации на глубинах до 3м.