基于地质雷达的地基基础缺陷检测精度优化研究

地基基础作为建筑物的核心组成部分，其质量好坏直接关乎建筑物稳定性和安全性。在工程项目实施期间，若地基基础存在缺陷，会致使建筑物出现不均匀沉降、开裂甚至倾塌等严重后果，对生命财产构成威胁。地质雷达作为一种无损检测技术，借助其高效、迅速、无破坏等优势，在地基基础缺陷检测领域得到广泛运用。受地质条件复杂程度、设备参数设定及探测方法选用等多因素制约，地质雷达检测在实际操作中存在检测精度欠佳等问题，一定程度上影响其在工程中的可靠应用。因此，准确探得地基基础缺陷以及其位置、规模等相关信息，对保障工程安全有重大意义。

一、地质雷达检测地基基础缺陷的原理

当前，地质雷达借助发射天线朝地下浅层发射高频电磁波。当电磁波在介质内传播，碰到不同介质分界面时，某些电磁波会产生反射的效应，接收天线把反射波接收后进行记录。因各类介质，就电磁波传播到地基基础存在缺陷（如空洞、疏松区、钢筋锈蚀等）的那个部位而言，会在缺陷的界面产生反射作用，由此造就特征可辨的雷达反射波信号。通过对这些反射波信号进行分析处理，像是反射波的时间延迟、幅度极值、相位变化等特征参数，可推断地基基础内部结构的具体情况，以及缺陷所在之处、规模大小等信息。比方说，在部分岩溶地带，地基中普遍存在着溶洞、溶蚀裂隙等复杂地质格局，电磁波传播时会造成强烈的反射与散射结果，会对地基基础缺陷检测构成极大阻碍。

二、影响地质雷达地基基础缺陷检测精度的因素

1.地质条件因素

检测精度受地基介质复杂程度这一关键因素影响。当前，各地区的地基介质呈现出多样性，成分及结构展现出较大差异，此类介质的电磁特性存在极大不确定性。比方说，像是松散状砂土、黏性土质、含大量岩石碎块的混合土壤以及存在地下水的饱和土壤等不同介质，其介电常数、电导率等电磁参数呈现出较大的变化范围，使得电磁波在此类介质中传播时，传播的速度水平、衰减的程度量级以及反射的特性状态各不相同。

2.设备参数因素

地质雷达工作频率是一个极为重要的设备参数。不同频率电磁波在地下介质中的穿透深度、分辨率存在差异。其中，高频率电磁波可实现高分辨率，能够探测出小尺寸的目标体，但在穿透深度上存在局限；低频率电磁波呈现出较大的穿透深度，但其分辨率欠佳，难以发现微小的缺损。当实际进行检测时，如果工作频率选择不科学，可能无法对特定深度范围的缺陷进行有效探测，就算最终探测到缺陷，但也难以精准判断其实际尺寸和形状。

3.检测方法因素

数据采集方法合理性对检测精度的影响十分显著。采样间隔超出合理范围，会让采集的数据不能完整体现反射波的波形轮廓，造成部分核心信息丢失；采样点数量短缺，会造成数据分辨程度的下降，导致反射波信号细小变化难以捕获。在测量作业阶段，天线与被测对象表面接触的状态、天线移动的快慢以及测量轨迹的规划等，也会干扰数据的质量。如果天线与地面的接触未达良好状态，容易造成电磁波发射和接收效率下滑；如果天线移动速度超出合理范围，将会造成部分反射波信号漏检；如果测量路线安排不合理，难以做到全面覆盖检测区域，造成对某些位置缺陷的漏检。

三、基于多方面因素的检测精度优化策略

1.针对地质条件的优化措施

在实施大规模检测操作前，对检测区域实施详细地质勘察十分必要。依靠钻探、原位测试等普通地质勘察方法，收集到地基介质的类型、分布模式、物理力学属性以及地下水水位等数据，有助于进一步剖析该区域可能存在的地质构造与潜在缺陷种类。借助地质勘测得出的结果，采用反演计算的方式得到介电常数与电导率等地基介质电磁参数，有利于准确把握电磁波在地下的传播速度，以此提升缺陷深度计算精准度。考虑到地质条件呈现多变状态，可采用多路径、多参数联合检测模式，结合地质雷达，连同高密度电阻率法、浅层地震反射法等地球物理方法，地质雷达聚焦探测目标体所处位置及其形状。此外，高密度电阻率法能高效探查地下介质的电性分布情况，浅层地震反射法可实现对地下介质波速变化的有效探测。通过多种方法相互确认及添补，能够减弱单一方法的局限性，提高复杂地质条件下地基基础缺陷检测的准确性。

2.基于设备参数调整的优化方法

就设备参数的选择而言，基于勘察获取的地基介质特性，再结合预期探测深度、目标体大小，可以科学选定地质雷达的工作频率。从检测浅部的小缺陷情况来看，建议选择较高频率的天线（例如500MHz-2GHz）以得到高分辨率； 若进行深部较 大目标探测， 可以采用低频 天线（ 100MHz-200MHz ）保障穿透深度。想要实现发射功率设置的有效优化，需要借助现场试验找出合适的发射功率，使得电磁波在满足既定穿透深度的阶段，抑制强干扰信号的生成。同时，采用逐个递增发射功率并留意测量结果的方式，找出信号清晰、无明显干扰现象时所对应的发射功率值，要保证天线性能达良好水平，周期性对天线实施校准与查核。此外，要保障天线方向图、增益、极化特性等参数合乎设备的需求。如处于复杂地质情况，可考虑采用广角天线等具有特定性能的天线，提高信号的发射和接收效率，减少信号畸变。

3.检测方法与流程优化策略

在数据采集阶段，要合理选定采样参数值。按照所需探查的最小缺陷尺寸与探测深度，选择合适的采样间隔设定和采样点数量标准。具体来说，采样间隔应充分小，达到完整记录反射波波形细节这一要求；采样点数需实现准确体现信号特征的目标。在实际操作实施阶段，可依据相关标准规范，或借助模拟试验明确参数值，测量过程中，想要保障天线跟地面形成良好耦合，可以利用垫衬、涂抹专用耦合剂等手段，消除天线跟地面之间的空气间隙，减少信号反射引发的损耗，对天线移动速度加以控制，实现均匀缓慢，建议将速度维持在 0.2m/s 至 0.5m/s 范围，并对测量轨迹做合理规划，做到对检测区域全面、无空隙的覆盖。同时，尅采用网格状、重叠状等测量轨迹，相邻测量线间距依目标体尺寸与检测精度要求而定，一般不超过探测深度的 1/10 到 1/5 。在数据处理与分析过程中，建议采用科学的信号处理计算算法，起始时开展基带滤波，去除低频跟高频的噪声干扰项，保留信号里的有用频率成分；之后展开迭代反褶积算法操作，消除掉多次反射波和别的干扰信号，增进信号的分辨清晰度。以合成孔径聚焦技术（SAFT）对雷达图像做成像相关处理为例，经对不同位置接收信号做加权叠加操作，既有助于提高图像的质量层级，也有利于突显缺陷特质。

综上所述，本文通过分析地质条件、设备参数、检测方法等多种因素对检测精度造成的影响，有针对性地提出从地质条件处理、设备参数调整以及检测流程升级等多方面的高精度检测策略。同时，在未来研究和实际应用实践中，还可进一步把新兴的信号处理技术（如深度学习算法等）与新型传感器技术结合运用，不断增进地质雷达检测技术性能及精度，向更宽泛的工程领域提供更具效率、精准度的地基基础缺陷检测方案，从而在当前和今后一个时期更好带动工程检测技术稳步发展。

参考文献：

[1]林君,王忠友,王智宏.地质雷达探测方法及其在工程检测中的应用[J].地球物理学进展,2021,36(02):722-731.

[2]李录明,罗泽文,雍道才.基于地质雷达不同频率天线的公路隐蔽缺陷探测[J].现代隧道技术,2022,59(03):171-177.

[3]王庆良,韩文峰,谢定义.地质雷达探测地下空洞的探测效果与精度分析[J].岩土工程学报,2020,42(08):1493-1499.