作者：张毅
本文采用地质雷达探测法则能够克服以上缺点，有效全面地探测出土层含水情况，同时也能对基坑注浆加固质量进行检查。
1 工程概况
本工程场地位于北京市朝阳区东四环四惠桥西北角，西邻国华北京热电厂，北邻热电厂铁路专线，东临东四环中路，南临建国门外大街，建设用地为L形。本工程定位于先进的科研办公基地项目，建成后将成为CBD区的标志性建筑。根据现场勘探、原位测试及室内土工试验成果，按地层沉积年代、成因类型，将最大勘探深度132. 00m范围内的土层划分为人工堆积层和第四纪沉积层2大类，并按地层岩性及其物理力学数据指标，进一步划分为14个大层及亚层。总体来看，场区各土层在垂直方向上呈现较稳定的由黏性土、粉土至砂、卵石层的沉积旋回，体现第四纪冲洪积沉积特征；在水平方向上，各土层的分布厚度、岩性有一定的变化。基坑土层分布如图1所示。
工程场区自然地面下约50m深度范围内主要分布4组相对含水层。本工程岩土工程勘察期间实测到4层地下水，具体地下水水位情况如下：①台地潜水埋深6. 50~7.00m（因基槽局部开挖，局部埋深1. 60m），绝对标高28. 040~29. 660m，含水层为第2大层中的粉砂、细砂层和粉土层。②层间水埋深14. 00~15. 40m(因基槽局部开挖，局部埋深8. 00m)，绝对标高20. 710~ 22. 160m，含水层为第3大层，分布于层底标高15. 330~18. 560m以上，岩性以卵石、圆砾和细砂、中砂为主。③潜水~承压水埋深23. 10~ 25. 40m（因基槽局部开挖，局部埋深18. 60m），绝对标高10. 760~12. 890m，含水层为第5大层，层顶标高位于9. 680~11. 950m，层底标高位于-0.360~2.470m，岩性以卵石、圆砾和细砂、中砂为主，该相对含水层在场区普遍分布，含水层平均厚度约9. 40m。④承压水 埋深26. 30~27. 20m（因基槽局部开挖，局部埋深19. 80m），绝对标高8. 790~10. 830m，含水层为第7大层，层顶标高位于-7.940~-3.370m，层底标高位于- 17. 560~- 13. 520m，岩性以卵石、圆砾和细砂、中砂为主，该相对含水层在场区普遍分布，含水层平均厚度约10. 60m，承压水水头高约13～17m。
根据勘察结果，拟建场区内第1～3层地下水位于基底以上，上述地下水对基坑支护及施工降水等有较大影响；第4层含水层（承压水）的承压水头高约13~17m，在施工中需特别注意该含水层中地下水高承压性对施工造成的影响。
2 地质雷达探测原理
地质雷达探测是一种基于电磁波的传播而实现的、以被检测体内部不同介质的介电常数差异为基础的物探方法。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。通过解译电磁波波形、振幅、同相轴和几何形态，进而实现对岩土层信息及含水分布的研究。常用的雷达探测方法主要有反射式探测和透射式探测2种。本文主要说明反射式雷达探测方法。
当雷达探测仪沿地面移动时，发射机通过发射天线发射中心频率为12.5～1 200M、脉冲宽度为0.1ns的脉冲电磁波讯号，电磁波以600~ 900的波束角向地下发射电磁波，电磁波在传播途中遇到电性分界面产生反射。反射波被设置在某一固定位置的接收天线( Rx)接收，与此同时接收天线还接收到沿岩层表层传播的直达波，反射波和直达波同时被接收机记录或在终端将两种波显示出来。能量等情况予以不同颜色的波谱标定，原理如图2所示。
根据式(1)对地层探测深度进行计算。该公式是基于地层分界面为水平分界面，入射波与反射波遵循光学几何原理而得出，然而鉴于实际的土层界面较为复杂，仅作为参考使用。
雷达反射信号的幅度主要取决于上、下层介质的电性差异，介电常数差异越大，反射信号越强。当基坑土层存在含水层时，砂土和水的介电差异很大，电磁波在水层面出现强反射。
电磁波的探测深度主要由介质的电性和雷达的中心频率决定。介质导电率越高，探测深度越小；电磁波中心频率越高，探测深度越小，反之亦然。在地质雷达进行探测之前，首先确定探测目标和周围介质是否有足够的介电差异，以其来选用天线和制定检测方案。根据探测目标需要的深度和分辨率选择天线。而本文针对的工程探测深度在10m左右，故选定SIR-3000雷达主机配以100MHz屏蔽天线进行雷达探测。
3 雷达探测方案
3.1 雷达探测说明
探测区域位于基坑的西南侧，因其南侧距离河 道仅5~7m，渗水现象比较严重，首先针对该区域土层进行了地质雷达探测，以查明该区地下水含量、水流路径等情况。在明确了地下水情况之后，对该区域的土体采取了注浆加固措施，并对完成效果进行了地质雷达探测，以检查注浆补强的质量是否 达标。
3.2雷达探测测线布设
1)探测地下含水量时，采取如图3所示的测线布设方式。由于场地条件有限，只布置纵向单测线。在基坑西南角布置测线4条：1号测线方向由北向南，长度24.0m;2号测线方向由西向东，长度18. 0m：3号测线方向由西向东，长度10. 0m;4号测线方向由东南向西北，长度4. 0m。
2)探测注浆加固质量时，采取的测线布设方式如图4所示。由于场地条件有限，布设纵向测线3条（测线1~3），横向测线9条（测线4—12）。
4 雷达探测结果分析
4.1 地下水含量探测结果分析
由于各地层分层内地层的介电常数大小取值并不一致，因此在未知地层分层厚度等情况下，采用估计值分析。以地层介电常数6. 25（估计值）结合电磁波的双程走时，计算其电磁波大致传播速度（经过计算，取0. 12 m/ns），进行深度方向的解译。各测线雷达扫描如图5所示。
1)图5a中，0~23ns(0~1.5m)内电磁波波形较为杂乱，预判为人工堆积层；23~130ns(1.5~
7. 5m)，电磁波振幅衰减较规律，预判为砂土粉土层；130~ 300ns(7.5~18m)，电磁波总体振幅较小，局部有强反射，呈现高幅低频特征，同相轴较连续，预判为含水区。
2)图5b中，0~25ns (0~2m)内电磁波波形杂乱，预判为人工堆积层；20~90ns(2~5.5m)，电磁波振幅衰减较规律，预判为砂土粉土层；90~300ns(5.5—18m)，电磁波振幅明显减小，局部有强反射，呈现高幅特征，为地面泥沟引起。
3)图5c中，0~ 20ns(0~1.6m)内电磁波反射杂乱，预判为人工堆积层；20~130ns(l.6~7m)，电磁波振幅衰减较为规律，预判为砂土粉土层；130~300ns(7~18m)，电磁波反射频谱局部有强反射，呈现高幅低频特征，推断可能为含水区。
4)图5d中，0~22ns(0~1.5m)内电磁波幅频杂乱，预判为人工堆积层；22~60ns(1.5~3.6m)，电磁波振幅衰减较为规律，预判为砂土粉土层；60~300ns(3.6~18m)，电磁波反射频谱局部有多处强反射，呈现异常，高幅低频特征，推断可能为含水区。
通过以上分析可知，埋深在3.6~ 18m的范围内存在含水区，这与地下水勘察资料中的台地潜水和层间水所处埋深基本一致。由于序号为3的含水层所在的埋深范围内，基坑支护采用了悬挂式止水帷幕，而序号为4的含水层则在基础底板所在的标高范围内，所以序号为3和4的含水层基本不会因土层含水对基坑安全造成影响。因此，需要对序号为1和2的含水层进行注浆加固，保证基坑安全。
4.2 注浆质量探测结果分析
在注浆加固区域地层较深时，反射信号长，雷达主机处理时间慢。而且，当地层分层赋水情况复杂时，需要充足的叠加次数使雷达波清晰可靠。因此，采用100MHz屏蔽天线进行雷达探测，测量方式为点测，测点间距0. 5m。本文仅列举典型测线的结果阐述分析和结论。典型测线3探测结果如图6所示，分析如下。
3号测线位于注浆孔与基坑侧壁之间，根据图6所示，电磁波能量按一定规律缓慢衰减，同相轴连续，波形均一，振幅较低。
通过测线1，2，3的横向对比，分析电磁波在土体中的能量衰减变化情况以及相应的波形振幅，结合电磁波在不同物质间界面的反射规律，河道和注浆孔之间，深度约6~7m处振幅较高，有异常界面存在，推断可能是土体含水分层引起的，建议进一步探测；基坑侧壁和注浆孔之间，波形规律、均一，振幅较低，同相轴连续，没有大面积的异常反射区，整体较为均质，推断没有大面积的含水区。
注浆采用纯水泥浆浆液，水泥为P．S．A42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.5~0.7。注浆加固完成后钻探取芯，对芯样检测得出数据如表1所示。
通过钻芯观察，芯体在深度范围内基本连续无断层，结合上表检测数据可知，注浆质量良好，对基坑能起到有效的加固作用。
5 结语
1)1号测线的异常区为水平方向5.5~16. 0m，竖直方向12.5~18. 5m；3号测线的异常区为水平方向2.5~7. 5m，竖直方向7.0~11. 0m；4号测线的异常区为水平方向0~ 4.0m，竖直方向5.0~17. 0m。追踪同相轴的连续性、找寻反射界面处同相轴的变化现象有助于准确解释探地雷达剖面图像。为了进一步确定基坑渗水情况，建议通过在反射异常区域布置观测孔或埋置渗流计确定土层内是滞水还是流动水，并借鉴地质雷达探测图像，进行细致分析。
2)在雷达探测范围内，除基坑周边集水井的干扰外，未发现强反射区域，即未发现明显的含水区域，说明注浆补强质量良好。实施过程中也通过现场钻孔和基坑侧壁的观察，验证了雷达探测结果。
6[摘要]准确检测土层含水量、采取注浆加固措施能够有效预防基坑渗水问题。通常土层的含水量、注浆加固质量检测采用钻孔和观察井等方法。基于无损检测的理念，结合工程实例介绍地质雷达探测法。该方法主要通过分析雷达图的振幅、波速和波形特征，能够科学地判断出土层的含水量及注浆加固质量情况。
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