На главную
На главную

Обзорная информация «Опыт применения георадарных технологий в дорожном хозяйстве. Обзорная информация»

В обзорной информации приведен анализ отечественного и зарубежного опыта по применению георадаров в дорожном хозяйстве за последние четыре года. Представлены современные конструкции и технические возможности георадаров. Выделены направления использования георадаров в дорожном хозяйстве. Приведены результаты сопоставительных испытаний четырех конструкций георадаров. Подробно рассмотрены применяемые георадарные технологии и результаты обследования автомобильных дорог и городских улиц, мониторинговых работ на дорогах общей сети, изысканий грунтово-гидрогеологических условий местности, контроля качества дорожно-строительных работ, разведки карьеров дорожно-строительных материалов в различных природно-климатических и грунтово-гидрогеологических условиях. Результаты испытаний проиллюстрированы радарограммами и геологическими разрезами. Приведены примеры экономической эффективности применения георадаров в дорожном хозяйстве.

Обозначение: Обзорная информация
Название рус.: Опыт применения георадарных технологий в дорожном хозяйстве. Обзорная информация
Статус: действующий
Дата актуализации текста: 17.06.2011
Дата добавления в базу: 17.06.2011
Дата введения в действие: 14.05.2004
Разработан: ГП "Росдорнии" 125493, Москва, ул. Смольная, д. 1/3
Утвержден: Федеральное дорожное агентство (14.05.2004)
Опубликован: ФГУП "Информавтодор" № 2 2004

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ДОРОЖНОЕ АГЕНТСТВО МИНИСТЕРСТВА ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное унитарное предприятие «Информационный центр по автомобильным дорогам»

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯГЕОРАДАРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ДОРОЖНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Обзорная информация

Выпуск 2

Москва 2004

Выходит с 1971 г.                                                                                              7 выпусков в год

Содержание

1. ВВЕДЕНИЕ

2. НОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ГЕОРАДАРОВ И ОПЫТ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

2.1. Россия

2.2. Латвии

2.3. Эстония

2.4. Швеции

2.5. США

2.6. Канада

2.7. Франция

2.8. Германии

2.9. Великобритании

2.10. Финляндия

3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОПОСТАВИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ РАЗНЫХ МОДИФИКАЦИЙ ГЕОРАДАРОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В РОССИИ

3.1. Методика проведении работ и анализ полученных результатов

3.2. Выводы по результатам сопоставительных испытаний

4. НАПРАВЛЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОРАДАРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ДОРОЖНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОРАДАРОВ В ДОРОЖНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

5.1. Обследование автомобильных дорог

5.2. Выявление зон локальных ослаблений в грунтах земляного полотна

5.3. Мониторинговые наблюдения за участками автомобильных дорог

5.4. Разведка и оценка запасов дорожно-строительных материалов в карьерах

5.5. Изыскания трасс автомобильных дорог

5.6. Контроль качества выполняемых и выполненных работ

5.7. Обследование городских улиц и дорог

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

В обзорной информацииприведен анализ отечественного и зарубежного опыта по применению георадаров вдорожном хозяйстве за последние четыре года. Представлены современныеконструкции и технические возможности георадаров. Выделены направленияиспользования георадаров в дорожном хозяйстве. Приведены результатысопоставительных испытаний четырех конструкций георадаров. Подробно рассмотреныприменяемые георадарные технологии и результаты обследования автомобильныхдорог и городских улиц, мониторинговых работ на дорогах общей сети, изысканий грунтово-гидрогеологическихусловий местности, контроля качества дорожно-строительных работ, разведкикарьеров дорожно-строительных материалов в различных природно-климатических игрунтово-гидрогеологических условиях. Результаты испытаний проиллюстрированы радарограммамии геологическими разрезами. Приведены примеры экономической эффективностиприменения георадаров в дорожном хозяйстве.

Это вторая обзорная информация, первая - была издана Информавтодоромв 2000 г. (ОИ № 2 «Георадары в дорожном строительстве»). В настоящей публикацииприведены новые данные о современных конструкциях георадаров и опыте ихприменения, а также представлены самые последние сведения по георадарнымтехнологиям. Таким образом, материал, приведенный в обзорной информации, можнорассматривать как дополнение и развитие первой работы.

Все замечания, направленные па улучшение содержания данной работы, атакже дополнительные материалы, неизвестные и неучтенные в ней, авторами будутприняты с благодарностью. Наш адрес: 163002, г. Москва, ул. Смольная, 2, ГП«Росдорнии», отделение автоматизированного проектирования. Тел. (095) 459-03-82, E-mail:kulihzn@severnet.ru.

Обзор подготовили:

д-р техн. наук, профессор A.M.Кулижников, канд. техн. наук, доцент П.А. Пушников, инж. А.А. Белозеров (ГП «Росдорнии»)

1. ВВЕДЕНИЕ

Россия, с ее огромной территорией, нуждается в обширной, развитой,эффективно работающей транспортной сети, связывающей воедино все регионы. Насегодняшний день обеспеченность автомобильными дорогами в России составляет50%. Поэтому одной из главных задач остается развитие дорожной сети, а такжесохранение и модернизация существующих дорог.

Для решения данной задачи необходимо знать внутреннее строение дорожныхконструкций (реконструкция и ремонт дорог, контроль качества), грунтово-гидрогеологическиеусловия территорий (изыскания трасс и новых направлений при реконструкции,карьеры дорожно-строительных материалов, оползневыеи карстовые участки и т.д.), что достигается дорогостоящими разрушающимибуровыми работами. В настоящее время начинают широко внедрятьсявысокопроизводительные, неразрушающие и экологически чистые георадарныетехнологии. Они находят применение при обследовании автомобильных дорог,разведке и оценке запасов дорожно-строительных материалов в карьерах, контролекачества выполненных скрытых работ, грунтово-гидрогеологических изысканияхновых направлений дорог, обследовании оползневых участков и т.д.

В России в целях координацииработ в 2000 и 2002 гг. в г. Архангельске проведено под эгидой Государственнойслужбы дорожного хозяйства (Росавтодора) Министерства транспорта РоссийскойФедерации две научно-практических конференции «Георадары, дороги» [1,2,3].Данные конференции позволили сделать шаг вперед от экспериментальных работ иобобщения результатов георадарных исследований к внедрению данных методов,например, при обследовании федеральных дорог Москва-Минск,Москва-Санкт-Петербург, Москва-Архангельск; контроле качества при строительствеКАД вокруг г. Санкт-Петербурга; при изысканиях под реконструкцию дорогиСанкт-Петербург-Мурманск и т.д.

Можно констатировать, чтопроизошел переход от определения качественных характеристик обследуемых сред кустановлению количественных характеристик, таких, как толщина и глубиназаложения слоев, влажность грунтов и т.д. Разработана методическая базапроведения обследований дорожных конструкций георадарами. Отечественныегеорадары показали, что не уступают своим зарубежным аналогам, а в ряде случаевпревосходят их. Поэтому настало время перехода от экспериментальных работ квнедрению георадарных технологий в повседневную практику дорожного хозяйства.

Использование георадарныхтехнологий позволит повысить качество проектных, строительных иэксплуатационных работ. При этом сокращаются затраты на проектирование,строительство и эксплуатацию автомобильных дорог.

2. НОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ГЕОРАДАРОВ И ОПЫТ ИХПРИМЕНЕНИЯ

2.1. Россия

Георадары серии «ОКО» НИИ Приборостроения им. В.В. Тихомирова иООО «ЛОГИС» (г. Жуковский) для адаптации применительно кдорожной отрасли получили за последние 4 года конструктивное развитие по следующимнаправлениям [1]:

• применены новыевысокопроизводительные АЦП, позволившие увеличить частоту зондирующих импульсовдо 300-500 кГц;

• наряду с использованиеминтерфейса RS-232 введены болеебыстрые интерфейсы Ethernetи USB, которые позволилиувеличить скорость перемещения георадара до 15-20 км/ч;

• увеличено до 65000 количествореализаций в одном файле, что позволяет выполнить непрерывное сканированиепрофиля длиной в несколько километров;

• внедрен усиленный датчикперемещения, позволяющий изменить свое положение в трех взаимноперпендикулярных плоскостях;

• антенные блоки посажены налегкосъемные полозья, которые заменяются по мере износа;

• разработан новый вариантунифицированного блока питания для антенн с Ni-Mhаккумуляторами, что позволяет оперативно производить замену блоков питания вовремя работы;

• для зарядки блоков питанияприменены зарядные устройства с микропроцессорным контролем процесса зарядки;

• введен дополнительныйоптический преобразователь, позволяющий уменьшить длину интерфейсногооптического кабеля и передать сигнал на блок управления по более надежномуоптическому кабелю;

• в программе Geoscan-32 введена подпрограмма послойной обработки,позволяющая увеличить точность определения параметров слоев после привязки кконтрольному бурению;

• введен режим измеренияскорости поступления входной информации, что позволяет избежать пропуски трасс;

• разработан вариант работы с радиомодемом, который позволяетпроизводить дистанционное управление прибором и осуществлять в реальноммасштабе времени съем информации с антенных блоков в радиусе до 100 м.

• проходят опытную проверку новые конструкции антенных блоков АБ-90 иАБ-1700.

Георадар «ЛОЗА», появившийся на рынке георадарныхработ, является развитием серии георадаров «ГРОТ-5,6,7» [4].Георадар «ЛОЗА» имеет массу до 3 кг, потребление энергии - 4 Вт. Техническиевозможности георадара, по данным разработчиков, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Характеристики однородной среды

Глубина зондирования, м

Разрешение по глубине, м

Сухой песок

Более 50

0,1

Влажный песок

25

0,1

Глина

8

0,1

Основной отличительной чертой георадара «ЛОЗА» является высокийреальный потенциал зондирования (не ниже 120 дБ). По данным разработчиков,принятые технические решения, используемые в данной конструкции георадара,практически лишены помех, создаваемых аппаратурой, что позволяет оценитьрезультаты сканирования непосредственно при съемке в полевых условиях. Даннаяконструкция георадара укомплектована дополнительным оборудованием, позволяющимпроводить измерения в закрытых помещениях, а также осуществлять подводноезондирование по дну водоема, в том числе и морского.

Этот прибор предназначен для получения геологического строения выбранныхпод строительство участков; определения физического состояния грунтов, наличияв них разуплотнений, полостей и т.д.; нахождения подземных сооружений и коммуникацийи определения их состояния; определения границ грунтовых и техногенных вод;просвечивания грунтовых массивов под фундаментами сооружений.

Дорожный георадиолокатор «ДРЛ» разработан HTП «ТЕНЗОР» (г. НижнийНовгород) совместно с ГП «Росдорнии». Отличительной чертой данной конструкциигеорадара является воздушная (рупорная) антенна, которая поднята надповерхностью дороги на высоту 0,1-0,3 м. Георадар «ДРЛ», как правило,устанавливается на автомобиле и предназначается для оценки однородности среды,определения границ и толщины слоев дорожной одежды и верхней части земляногополотна. Глубина сканирования определяется центральной частотой антенного блокаи составляет от 0,00 до 3,00 м. Питание от бортовой сети автомобиля - 12 В.Основные технические характеристики георадара «ДРЛ» приведены в табл. 2.

Таблица 2

Центральная частота, МГц

Глубина зондирования, м

Габаритные размеры, см

Разрешающая способность, м

Масса, кг

2000

До 0,50

600´400´800

0,02-0,03

6

1000

До 1,5

600´400´800

0,04

6

250

До 3 (5*)

950´1000´1000

0,25

12

* По данным других авторов.

СКБ ИРЭ (г. Фрязино) разработало георадар «ГЕРАД-3» [5],предназначенный для геоэкологических исследований. Георадар комплектуетсясменными антенными системами А200Щ и А100Д.

А200Щ - щелевые антенны для зондирования подповерхностных объектов наглубинах до 3 м, предназначены для исследования дна мелких водоемов,обследования насыпей, поиска коммуникаций.

А100Д - резистивно нагруженные дипольные антенны для глубинногоисследования слоистой структуры грунта с целью обнаружения потенциальных очаговэкологических катастроф.

Предусмотрено дополнительное оснащение георадара антеннами А500Щ и А70Щ.

Георадар «Профиль 2М» ЗАО «ПИК ПРОГРЕСС» предназначендля контроля и диагностики состояния балластного слоя и земляного полотна(загрязненность, конфигурация, толщина), выявления неоднородности структуры искрытых дефектов в грунте (наличие линз, пустот, обводненных зон), обнаруженияграницы разделения слоев (гидроизолирующие и теплоизолирующие прослойки).

Для выполнения работ георадар «Профиль 2М» устанавливается на тележку,питается от сета переменного тока напряжением 220 В либо от автономногоисточника постоянного тока напряжением 12 В. Основные параметры георадара:

Рабочая глубина зондирования, м..........................2-3

Погрешность измерения толщиныслоя, см..........6

Потребляемая мощность, Вт..................................50-55

Возможность автономной работы в течение, ч .... 8

Масса,кг................................................................... 15

Томский центр георадарных технологий представил на рынокопытный образец видеоимпульсного георадара, который имеет глубинность иразрешающую способность, по данным центра, в 2-3 раза выше по сравнению сизвестными георадарами. Назначение данного георадара: инженерно-геологическиеизыскания, контроль и диагностика состояния грунтовых сред, мониторингоползневых участков, несущая способность грунтов, объемы вскрышных работ и т.д.По данным разработчиков, технические характеристики георадара следующие:

Разрешающая способность, см, на глубине:

До 5 м.......................................................................................................5-10

20м...........................................................................................................20

25м...........................................................................................................30

Потребляемый ток от аккумуляторной батареи 12 В, А/ч..................Неменее 2

Информация представляется в реальном времени.

Радиолокатор для зондирования строительных конструкций РАСКАН-2АО «ЦНИИРЭС» предназначен для выявления арматуры, неоднородностей ипустот в плитах перекрытия и стенах. Технические характеристики данногорадиолокатора следующие:

Максимальная глубина зондирования, м ............0,2

Разрешение в плоскости зондирования, см ........2

Производительность, м2/ч.....................................2,5-4,0

Масса прибора без ПЭВМ, кг..............................3,5

Мощность генератора, мВт ..................................10

ЗАО НПФ «Геодизонд» (г. Санкт-Петербург) используеткомплекс, базирующийся на методе сверхширокополосного импульсного зондирования(СШП) [5].Метод основан на синтезировании изображения структуры геологического разреза поотраженному сигналу при распространении электромагнитного импульсананосекундной длительности. Комплекс позволяет выявлять геологическую структуруна глубину более 100 м, точность определения глубины слоев 2-5 % от глубинызондирования. Состав комплекса:

• генератор наносекундных импульсов, имеющим длительность импульсов 1-10нс, пиковую мощность до 106 Вт, тактовую частоту следованияимпульсов 10 кГц;

• приемно-передающие антенны с полосой частот 105-109Гц:

• приемно-регистрирующий блок с высокой помехозащитностью,обеспечивающий запись принимаемых сигналов в полевых условиях.

Весь комплекс полевой аппаратуры питается от источника постоянного токанапряжением 12 В или от сети переменного тока напряжением 220 В, 50 Гц.Потребляемая мощность не более 150 Вт. Масса комплекта порядка 15 кг.

Данный комплекс был использован с 1993 г. при обследованиях подземнойчасти моста на 116-м км автомобильной дороги Москва - Минск; аварийного участкаметро между станциями «Лесная» и «Площадь мужества» в г. Санкт-Петербурге;подпорной стенки автомобильной дороги Адлер - Сочи; створа автодорожного мостачерез р. Надым; инженерно-геологических условий строительства внутригородскойкольцевой магистрали в г. Москве (участок от Бережковского до Андреевскогомоста); автомобильных тоннелей на обходе г. Сочи и на автомобильной дорогеАдлер - Красная Поляна и многих других объектах.

НТЦСМ применяет трехмерный радиолокатор подповерхностногозондирования «Дефектоскоп», который предназначается дляобнаружения и распознавания различных объектов в твердых и жидких оптическинепрозрачных средах [6]. Генераторзондирующих импульсов прибора формирует импульсы длительностью 0,25 нс,амплитудой 20 В, с частотой повторения 100 кГц. Выносной антенный блок содержитширокополосный ультразвуковой излучатель и два электромагнитных вибраторныхизлучателя типа «бабочка» - приемный и передающий. Технические характеристикирадиолокационного блока следующие:

Полоса пропускания, ГГц........................…………………......0,5-6

Динамический диапазон, дБ...................………………….......Не менее 40

Глубина зондирования, м..................………………….............До 0,5-1,0

Диапазон временных интервалов, нс.......………………........16 или 32

Разрешающая способность по разделению объектов, м.........0,03

Напряжение, В:

при переменном токе..........................………………………....100-240 (50Гц)

при постоянном токе.......................………………………........12

Потребляемая мощность (вместе с ПЭВМ), Вт...............….....200

Масса с источником питания и ПЭВМ, кг…………………....Не более 10

Габаритные размеры, мм.............................……………...…….80´80´110

Радиолокатор находит свое применение для контроля состояния дорожныхпокрытий и взлетно-посадочных полос.

Наряду с отечественными георадарами к дорожном хозяйстве России широкоприменяют и зарубежные конструкции, например, Санкт-Петербургский горныйинститут - рижские георадары «ЗОНД», ЗАО «ПРИН» - американские георадарыкомпании GSSI, ЗАО«Панатест» - канадские георадары компании Sensors & Softwareи т.д.

2.2. Латвии

Рижская компания RadarSystems, Inc.выпустила на рынок радар подповерхностного зондирования «ЗОНД-12С», который спомощью сменных антенных модулей обеспечивает возможность зондирования вдиапазоне частот от 28 МГц до 2 ГГц. Технические характеристики георадараприведены в табл. 3.

Таблица 3

Центральная частота антенного блока, МГц

Габаритные размеры, см

Масса, кг

2000

27´13´13

1,5

1000

30´20´17

4,0

000

43´22´4

2,0

500

69´32´4

4,0

300

98´52´4

10,0

28-150

*

3,0-6,0

* Размеры зависят от частоты антенного блока

В георадаре «ЗОНД-12С» антенны экранированы, выполнены в пыле-брызгозащитномварианте и даже допускают погружение в воду. Антенны имеют подложку изфторопласта, что обеспечивает устойчивость к истиранию.

В перечне областей применения этих георадаров указано, что онииспользуются для определения уровня грунтовых вод, глубины залегания коренныхпород, степени загрязнения почв; в поиске минеральных ископаемых, зарытых вгрунт кабелей, проводов, труб и т.п.; в обнаружении пещер и пустот,профилировании дна водоемов и рек; а также в гляциологии; археологии; судебноймедицине; горных исследованиях.

Имеется опыт Латвийской железной дороги по применению георадара«ЗОНД-12» [5].Прибор вместе с антенным блоком устанавливается па специальной тележке,перемещающейся по рельсам. Георадар используется для изысканий передпроектированием капитального ремонта пути. Оптимальные результаты былидостигнуты с применением антенны с частотой 750 МГц. Данная антенна обеспечилаглубину зондирования до 3 м, что позволило определить толщину щебня, наличиезон увлажнения, мощность балластного слоя песка, границу глинистых грунтов теланасыпи.

2.3. Эстония

Технический дорожный центр Эстонии с 2000 г. применяет на баземикроавтобуса американский георадар с антенными блоками, работающими на частоте100, 400 и 1200 МГц [1].При этом георадар используется по двум направлениям: при оценке состояниядорожных одежд при содержании дорог; при контроле качества вновь построенныхдорожных одежд. Техническим дорожный центр ежегодно выполняет около 10 проектовкак на территории Эстонии, так и на территориях Швеции и Финляндии.

2.4. Швеции

Шведская национальная дорожная администрация применяет георадары дляопределения толщины покрытий. С помощью георадаров установлено, что покрытиеимеет большой коэффициент вариации толщины. По результатам обследований,выполненных К. Леннгреном [1,2,7],сделан вывод о том, что если использовать традиционные методы отбора проб иданные по средней толщине покрытия, то будет недооценен необходимый слойусиления по сравнению с требуемым, определенным по данным георадарногосканирования.

Шведские дорожники проводят работы и по определению влажности грунтовземляного полотна [1,2,8].Для проведения измерений используется система RAMAC/GPR МС 16, разработанная компанией MALA Geo Science АВ. Система оснащенаблоками из 4 одинаковых антенн (4 передающих и 4 принимающих). Исследованиявыполнялись с антеннами, работающими на частоте 250, 500 и 800 МГц. Расстояниемежду антеннами изменялось от 0,15 до 4,0 м. Расстояние между измерениями погоризонтали составляло от 0,25 до 0,8 м в зависимости от используемогоантенного блока. Скорость проведения измерений от 20 до 40 км/ч. По результатамгеорадарных обследований определялась диэлектрическая проницаемость грунтов, покоторой по эмпирической зависимости рассчитывалась объемная влажность грунта.По данным Д. Эмилссона [1,2],лучшие результаты были получены при работе на частоте 500 МГц.

Объемная влажность грунтов научастке длиной 10 км изменялась от 0,05 до 0,35%. Результаты лабораторногоопределения влажности грунтов вполне соответствовали результатам георадарногосканирования.

2.5. США

Новейшими разработками всемействе GSSI являются георадары SIR-20, SIR-2000 и SIR-3000.

SIR-20 имеет скоростьсбора данных до 800 измерений в секунду одной антенной, что позволяет добитьсяплотности в 4 измерения на каждые 10 см при скорости в 60 км/ч. Этот георадар предназначаетсядля сканирования и отображения сложных схем городских коммуникаций сомножеством объектов, размещающихся на разной глубине. Он применяется также длясоставления плана прокладки новых и ремонта существующих сооружений.

SIR-2000 «просвечивает»грунт на глубину до 20-30 м. Это наиболее быстрый и универсальный изсуществующих георадаров, позволяющий работать как и SIR-20 с экранированными (от 100 МГц и выше),так и с неэкранированными (до 100 МГц) антенными блоками, техническиехарактеристики которых приведены в табл. 4.

Таблица 4

Модель

Глубина кэширования, м

Центральная частота, МГц

Габаритные размеры, см

Масса, кг

5100

До 0,50

1500

3,8´10´16,5

1,8

4108

До 1

1000

60´22´1 9

5,0

3101D

До 1

900

8´18´33

2,3

5103

До 3

400

30´30´20

4,6

5106

До 9

200

60´60´30

20

3207АР

До 15

100

25´96´200

28

Suberho-70

До 25

70

120´15´26

4

Suherho-40

До 35

40

200´15´26

5

3200MLF

До 40

16, 20, 35, 40, 80

120-600*

17-25

* Плановые размеры.

Характеристики программного обеспечения георадара SIR-2000 следующие:

- режим регистрации данных непрерывный и точечный;

- графическое представление данных в виде непрерывного линейного, волновогои осциллоскопического профилей;

- усиление сигнала 100 дБ автоматическое или ручное перед оцифровкой;

- фильтрация автоматическая или по выбору оператора, а также новертикали и горизонтали, в процессе регистрации пли при последующей обработке;

- скорость передачи данных автоматическая или по выбору пользователя до64 кГц;

- скорость регистрации 64 измерения в секунду;

- оцифровка автоматическая или по выбору пользователя (128, 256, 512,1024, 2048 точек на измерение);

- длительность регистрации сигнала автоматическая или по выборупользователя от 5 до 2000 нс.

Полученные в полевых условиях результаты сканирования обрабатываются вкамеральных условиях с помощью программы RADAN, позволяющей производить анализ глубины залегания,осуществлять масштабирование и привязку к объектам па местности. По результатамсканирования но серии параллельных профилей можно получить трехмерноеизображение.

SIR-3000 -последняя разработка фирмы. Представляет собой высокопроизводительнуюодноканальную систему. К новым возможностям программного обеспечения относятсялегкое построение трехмерных изображений, упрощенная процедура интеграции сданными GPS.

По данным ЗАО «ПРИН» [9],американские георадары, сконструированные специально для дорожных исследований,обеспечивают детальность измерений по профилю (единицы дециметров) при глубинедо 1,5-2,0 м (при перемещении прибора со скоростью до 80 км/ч).

2.6. Канада

Канадские георадары типа NogginPlus (табл. 5) предназначены для определения толщины конструктивныхслоен дорожной одежды, однородности материалов, выявления пустот под дорожнымпокрытием, локализации впадин и подземных коммуникаций, определения толщиныльда и снега и т.д.

Таблица 5

Наименование характеристик

Значения характеристик для георадаров

Noggin 250

Noggin 500

Глубина зондирования, м

2,5; 5; 7,5; 10; 15

1; 2,5; 4; 5; 8

Рабочая частота, МГц

125-375

250-750

Коэффициент усиления, дБ

160

160

Напряжение, В

12

12

Потребляемый ток, А

0,7

0,7

Мощность, Вт

8,0

8,0

Габаритные размеры, см

63´41´23

39´22´16

Габаритные размеры кейса для транспортировки, см

89´52,8´29,2

52´42,5´21,6

Масса, кг

7,3

3,0

Работа выполняется с помощью сканирующейтележки, на которой крепится регистратор данных, дисплей, измеритель расстоянияи аккумулятор.

Следующее семейство георадаров системы pulse ЕККО комплектуется антеннамиблоками на 110, 225, 450, 900 и 1200 МГц [1].

При обследовании автомобильных и железных дорог используется георадар pulse ЕККО 1000 с антеннымблоком, работающим на частоте 450 МГц. Антенна монтируется на транспортномсредстве на высоте 0,15 см от сканируемой поверхности. Сканирование выполняетсяна скорости от 4-5 до 40 км/ч. Результаты показали, что сканирование до глубины2 м можно проводить как при низкой, так и при высокой скоростях движения.

Специальная программа AutoTrack обеспечивает автоматический анализ георадарных данных внепрерывном режиме, оценку глубины залегания слоев, а также максимальнуюглубину измерений на каждом участке.

По результатам измерений на Венгерских железных дорогах (станция Rakos, г. Будапешт) былисделаны следующие выводы:

- граница баласт - земляное полотно определяется четко;

- качество грунтов земляного полотна определяется силой отраженногосигнала: худшее качество имеет слабый отраженный сигнал, лучшее качество -хороший отраженный сигнал.

2.7. Франция

Французская компания AUSCULTспециализируется на проведении высокопроизводительных неразрушающих испытанийдорожных одежд автомобильных дорог и аэродромов.

Данная компания использует следующие конструкции шведских георадаров EURADAR (RAMAC 800), RAMAC 500, RAMАС 250 и RAMAC 100.

Георадары с частотой 800 МГц применяются для определения толщиныотдельных слоев дорожного покрытия, обнаружения аномалий (неоднородныхматериалов, наличия металлических включений, переувлажненных зон, промоин,нарушения сцепления между слоями) на максимальной глубине 0,8 м.

Георадары с частотой 500 МГц используются для определенияместоразмещения и размеров инженерных коммуникаций (канализации, водопровода,электрического кабеля, газопровода и т.д.) на глубине до 1,5 м.

Георадары с частотой до 250 и 100 МГц применяются для обнаружениядефектов и промоин на глубине до нескольких метров.

Компания AUSCULT разработаларяд программ, которые позволяют графически представлять результаты сканированияи вводить их в автодорожный банк данных.

Среди объектов данной компании можно выделить чешские автомагистрали;испытательную скоростную дорогу RENAULT.Работы выполнялись по заказу компаний, управляющих концессионнымиавтомагистралями (SFTRE-SANЕF-COFIROUTE-SOCASO);компаний, обеспечивающих дорожный инжиниринг, проектных бюро и поставщиковуслуг (VIAGROUP-ERTEC-TЕCHNOLOGIES NOUVFLLES-VECTRA-SOGETI-INFRATECH); аэропортов г.г.Парижа, Мехико и Брно (Чешская Республика); национального управленияаэропортами в Марокко и т.д.

В 2000 г. LPC(Лаборатория региональных дорог и мостов Франции) выполнила оценку рабочиххарактеристик радарных систем с целью определения влияния их различныхпараметров на измерения, проводимые при мониторинге дорожных одежд [10,11].Данные эксперименты позволили сделать вывод о том, что, хотя уровеньнеопределенности измерений, выполненных радарами, в основном, остаетсяидентичным, их относительный диапазон измерений, и, следовательно,потенциальное использование являются различными.

2.8. Германии

Известен опыт применения георадаров на автомагистрали А2 в Швейцарии дляоценки толщины покрытия и выявления причин повреждения покрытий на 4 мостах [11,12].По результатам работ установлено, что точность определения толщины покрытиязависит от состояния покрытия, качества измерений георадаром, а такжезатрат на обследование. Опыт показал, что расхождение результатов, полученныхпри испытании кернов, с измерениями, выполненными георадаром, составляет менее2 см. Установлено, что для определения толщины покрытия целесообразноиспользовать высокочастотные антенны георадара, которые обеспечивают требуемуюразрешающую способность и глубину зондирования. Для исследования внутреннейструктуры дорожной конструкции эффективно применять низкочастотные антенны.Одновременное использование различных антенн обеспечивает возможность решенияполного комплекса задач при обследовании дорог.

Известен опыт применения георадаров в Германии при обследованиистроительных конструкций [13].

Немецкая компания WIEBEприменяет георадары преимущественно для обследования железнодорожныхпутей [14].Используется американская измерительная система GSSI, SIR 10H (модифицированноеисполнение). Измерительные частоты от 300 до 1000 МГц.

Средняя сменная производительность на железных дорогах достигает 100 кмпути, при этом оборудование позволяет измерять до 50 км пути без перерыва.Глубина измерений составляет от 1,5 до 4,0 м (в зависимости от типа грунта) отголовки рельс при разрешающей способности по вертикали от 3 до 30 см взависимости от частоты антенны. На 1 м по горизонтали генерируется 7-10отдельных импульсов при сканировании 4 профилей одновременно и 20-30 импульсовпри сканировании одного профиля. Программное обеспечение GBMGeoRail Inspector и GBMGeoRail Explorer.

Георадарное сканирование производится по двум направлениям: грубаядиагностика; контроль качества.

При грубой диагностике определяется размещение зон, которыепропитаны загрязнениями и отличаются повышенной влажностью. Анализ результатовсканирования машиной GAF100 фиксируется в виде таблиц. Использование системы «GeoRail» позволяет анализироватьотдельно состояние щебня и массива грунта с оценкой «сухое» или «влажное».Фиксируются сведения о смешанных зонах, морозозащитном слое, общей глубинепроникания материалов слоев, проседании балласта и горизонтах загрязнения.Далее информация выводится на графическую индикацию параллельно с текущейрадиолокационной записью. Вся информация, полученная с помощью радиолокационныхзаписей, подвергается корреляции и представляется как анализ с оценками:«хорошая» - зеленый цвет, «средняя» - желтый цвет или «плохая» - красный цвет.

При проведении работ осуществляется обнаружение и документированиеотдельных мест повреждений, например, щебеночных мешков и скоплений ила.Участки большой протяженности с сильным загрязнением и, возможно, собусловленными этими нарушениями положения пути локализуются с точностью дометра по своему распространению, за счет чего обеспечивается высокая надежностьремонтных работ. Полученные результаты увязываются с результатами бурения (пришурфовании разведочных канав) и подвергаются калибровке. За счет такого подходаэкономится до 40 % затрат на проведение буровых работ или конки разведочныхканав.

При контроле качества скорость измерений составляет 30 км/ч для2-3 одновременно снимаемых профилей. В планы компании входит решение задачиувеличения скорости сканирования до 100 км/ч при съемке только одного профиля ииспользования антенн новой конструкции. По результатам сканированиязаписывается радарограмма, по которой определяются границы слоев, щебеночныемешки, переувлажненные зоны, карстовые полости, горизонты загрязнения,щебеночные подбалластные слои и другие повреждения на глубине до 4 м.

В Германии и Австрии для обследований применяется измерительный вагон GeoRail Xpress, оснащенныйцифровыми системами диагностики высокой эффективности. Такой вагон позволяетвыполнять георадарное сканирование на глубину до 4 м, определяет дефектныеучастки, измеряет толщину щебеночного слоя, микротрещины в бетоне и т.д.Программное обеспечение и радарограммы дают возможность создать объемноеизображение всего обследуемого объекта.

2.9. Великобритании

Радары в Великобритании применяются с 1995 г. для инженерных иархеологических работ, а также для исследований окружающей среды. Известен опыткомпании UTSI Electronics,которая применила в 1999 г. радар «Grounrvue 2» для составления карт глубин торфа в Великобританиина площади 760 га. Для выполнения работ использовались антенные блоки, работающиена частоте от 30 до 100 МГц. Антенные блоки буксируются вездеходом.Продолжительность импульса сканирования 5 нс, скорость сканирования 20 скан./спри 256 точках на скан (одну реализацию). Максимальная скорость вездехода приизмерениях составляла 14 км/ч при интервале между точками сканирования 20 см.Сложность работ заключалась в том, что мощность сигнала, подаваемого в грунт,была критической, так как на ряде участков глубина торфа превышала 10 м. Придиэлектрической проницаемости воды 81 диэлектрическая проницаемость влажноготорфа достигала 75. Однако в целом трудности, связанные с влажной средой,оказались преодолимыми. Результаты изысканий наблюдались в реальном времени наэкране портативного компьютера. Только на 3 участках общей протяженностью 370 мневозможно было определить нижние границы торфа. Глубина торфа здесь составила8,4-11,2 м.

2.10. Финляндия

Первый георадар и Финляндии появился в 1980 г. в Техническомуниверситете г. Хельсинки, однако дорожные исследования с ним не проводились. Тольков 1985 г. начали изучать слабые грунты с помощью георадаров. В 1986 г. впервыеи Финляндии акционерная компания Geo Work OY применила георадары для дорожных исследований. В 1988г. георадары были куплены в Лапландии, и дорожная дирекция совместно с УниверситетомОулу начала проводить работы.

В 1992 г. в г. Рованиеми прошел международный семинар но использованиюгеорадаров, что послужило новым толчком к широкому их внедрению в практикудорожного хозяйства. После чего на базе дорожной дирекции Лапландии быласоздана акционерная компания RoadscannersOY, которая занимается обследованием дорог в США, Швеции, Шотландии иФинляндии. Компания работает с американскими радарами. В то же время компаниейвыполняются теоретические и экспериментальные исследования по научномуобоснованию применения георадаров. Одним из ведущих специалистов является ТимоСааранкетто [15],организатор компании RoadscannersOY. Под его руководством решены такие вопросы, как зависимостьдиэлектрической проницаемости грунтов от влажности, плотности, температуры ичастоты используемых антенн, влияние качества уплотнения асфальтобетонов на ихдиэлектрическую проницаемость, анализ состояния автомобильных дорог порезультатам георадарных исследований и многие другие.

Финские специалисты используют георадары по следующим назначениям:обследование автомобильных дорог; изыскания грунтово-гидрогеологических условийместности; контроль качества выполненных работ; поиск и оценка запасовдорожно-строительных материалов в карьерах.

В работах [4,16]был подробно рассмотрен опыт применения георадаров в Финляндии. Однако следуетдобавить, что в настоящее время в Финляндии каждая дорога, подлежащая ремонтуили реконструкции, обследуется георадарами. И только после проведенияизыскательских работ, включающих георадарные обследования, разрабатываетсяпроектная документация.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОПОСТАВИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ РАЗНЫХ МОДИФИКАЦИЙГЕОРАДАРОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В РОССИИ

В октябре 2002 г. ГП «Росдорнии» были организованы и проведенысравнительные испытания георадаров различных моделей с участием 4 организаций.Испытания проводились с целью выявления возможностей применяемых в Россииприборов и определения путей их использования для решения задач дорожногохозяйства. Для испытаний было выбрано 4 объекта, расположенных на территорииПодмосковья и значительно различающихся геологическим строением. Висследованиях участвовали георадары «ЗОНД-12С», «ОКО-М1», «ГРОТ» и «ДРЛ-2». Всепредставленные георадары, кроме «ДРЛ-2», имели контактные антенны ибуксировались оператором вручную. Георадар «ДРЛ-2» снабжен бесконтактнойрупорной антенной, буксируемой автомобилем на специальной тележке. Работа сгеорадарами «ЗОНД-12С» и «ОКО-M1»также возможна при буксировке автомобилем.

Опытные участки значительно различались геологическим строением, поломудля удобства изложения они условно названы следующим образом.

Участок «Насыпь». Это участок строящейся дороги протяженностью250 м, расположенной в районе г. Лобня. Нижняя часть земляного полотна состоитиз суглинистого грунта, верхняя - из супесчаных и песчаных грунтов. На земляномполотне уложен слой уплотненного щебня толщиной 20-30 см. Поверхность щебеночногослоя ровная. Земляное полотно отсыпано на поверхность предварительноподготовленной заболоченной низины.

Участок «Озеро». Расположен на берегу озера, равнинный берегкоторого ступенью спускается к урезу воды. Дно озера и береговой уступ состоятиз песчаных отложений и суглинков.

Участок «Дорога». Расположен у окраины поселка на сельской дорогес асфальтобетонным покрытием, имеющим разрушения в виде поперечных трещин.Земляное полотно проходит в нулевых отметках.

Участок «Карьер». Расположен на дне выработанного песчаногокарьера с мощностью оставшегося слоя песка в несколько метров.

3.1. Методика проведении работ и анализ полученныхрезультатов

Методика работ обеспечивала непрерывное георадиолокационное сканированиесреды различными приборами. Перемещение всех приборов осуществлялось по одним итем же линиям профилей. Местоположение профиля па каждом участке задавалосьнепосредственно перед измерениями. Георадарная съемка осуществлялась сиспользованием антенн, работающих па различных частотах. Так, георадар«ЗОНД-12С» был снабжен антеннами, работающими на частотах 300, 500, 900 и 2000МГц, георадар «ОКО-M1»работал с антеннами 250, 400, 900 и 1200 МГц, прибор «ДРЛ-2» - с антеннами 250,1000 и 2000 МГц, а «ГРОТ» - с широкополосной антенной, позволяющей выполнятьизмерения на глубину от 0,5 до 15 м. Частота зондирования и скорость движенияприбора выбирались каждым участником работ индивидуально и обусловливалисьзадачами работ на объекте, требуемой глубиной зондирования и детальностьюизучения инженерно-геологического разреза.

Для топографической привязки георадарограмм вдоль линии профилявыставлялись пикеты, расстояние между которыми определялось с помощью мернойленты. Скорость перемещения антенн вдоль линии профиля в зависимости отдетальности paбот иособенностей применяемого прибора изменялась от 0,5 до 10 км/ч. В процессепроведения измерений, на линиях профилей, были пробурены калибровочные скважиныглубиной по 5,5 м.

Участок «Насыпь». Задача георадиолокационного обследования наэтом участке сводилась к изучению геологического строения насыпи и определениюмощности слоев насыпных грунтов и щебня. Линия профиля длиной 250 м проложенавдоль насыпи по слою щебня на расстоянии 1,5 м от обочины дороги. Пикеты вдольлинии профиля были установлены через 50 м. Начальный пикет (ПК 0) расположен уразвилки строящейся и действующей дорог, а последний пикет - ПК 25 - в низине,за водопропускной трубой. Средняя скорость перемещения контактных антенн вдольлинии профиля составила 2-4 км/ч, а бесконтактной антенны - 10 км/ч. Ровнаяповерхность слоя щебня создавала благоприятные условия для перемещения антеннгеорадаров на всем протяжении профиля.

Первичные результаты съемки, полученные с помощью различных георадаров,представлены в виде георадарограмм на рис. 1,2,3,4.Георадарограммы, полученные с помощью георадаров «ДРЛ-2», «ЗОНД-12С» сантеннами 1000 и 900 МГц, отражают толщину слоя щебня и верхней части земляногополотна на глубину до 1,3 м. На георадарограммах, полученных георадарами«ЗОНД-12С» (частота 500 МГц) и «ОКО-M1» (частота 400, 250 МГц), проявились более глубокие слои насыпивплоть до границы между песком и супесями, которая расположена на глубинеприблизительно 2 м. Максимальная глубина зондирования, приближающаяся к 4 м,была достигнута с помощью антенн 300 и 250 МГц (см. рис. 1,2,3,4).На георадарограммах, соответствующих этой частоте, проявились волновые эффекты,связанные с геологическими границами, разделяющими супеси и суглинки.Георадарограммы содержат также возмущения реверберационного характера,свойственные металлическим предметам.

Рис. 1. Радарограмма продольного разрезаобъекта «Насыпь», полученная георадаром «ОКО-1М» с антенным блоком АБ-250:
а - кровля песка среднего; б - технологическая прослойка или верховодка; в -кровля суглинка красно-коричневого; г - кровля суглинка серого с галькой

Рис. 2. Радарограмма продольного разрезаобъекта «Насыпь», полученная георадаром «ЗОНД-12», работающим на частоте 300МГц

Рис. 3. Интерпретированная радарограммапродольного разреза объекта «Насыпь», полученная георадаром «ДРЛ», работающимна частоте 300 МГц

Рис. 4. Полевая радарограмма продольногоразреза объекта «Насыпь», полученная георадаром «ГРОТ»

Интерпретация результатов проводилась по индивидуальным компьютернымпрограммам, каждая из которых является неотъемлемой частью соответствующегогеорадарного комплекса, и выполнялась каждым участником испытанийсамостоятельно. Программное обеспечение георадара «ЗОНД-12» позволяет совмещатьрезультаты, полученные при измерениях па различных частотах.

Значения центральной частоты зондирующего импульса выписаны на линиях осейсинфазности. Линии, на которых указаны две частоты, одинаково хорошопроявляются на георадарограммах, зарегистрированных на обеих частотах.

Идентификация грунтов и местоположение границ их залегания, показанныена радарограммах, определены по данным бурения. На инженерно-геологическомразрезе схематически изображены металлические предметы, являющиеся реперами,заложенными в грунт при строительстве земляного полотна. На радарограммах,полученных с помощью георадаров «ОКО-1М», «ЗОНД-12С» и «ГРОТ», в районе ПК 21на разрезе показана водопропускная труба, проходящая под дорогой. Эта трубаотчетливо проявилась на георадарограмме в виде гиперболы.

Как видно из представленных рисунков, результаты, полученные с помощьюбольшинства георадаров, схожи между собой. Несколько иная картина полученагеорадаром «ГРОТ».

Участок «Озеро». Целью исследований на этом участке являлосьизучение геологического разреза и определение глубины залегания уровнягрунтовых вод.

Съемка на участке выполнена антеннами, работающими на частотах 1000,900, 500 и 250 МГц, а также широкополосным георадаром «ГРОТ».

Для выполнения работ был выбран профиль длиной 47 м, который проложилиперпендикулярно береговой линии. Пикеты на линии профиля установлены через 20м. Начальный пикет (ПК 0) расположен у самой границы воды, а последний (ПК 47)- на береговой террасе. Скорость перемещения антенн вдоль линии профилясоставила примерно 2 км/ч для контактных антенн и 5 км/ч - для бесконтактнойантенны.

На этом объекте зондирование среды с помощью радаров, перемещаемых поповерхности вручную, происходило непосредственно от уреза воды. Измерениягеорадаром «ДРЛ-2» выполняли от берегового уступа, поскольку данный приборсмонтирован на автомобиле, что не позволяло преодолеть этот уступ. При движениитрех остальных приборов по уступу террасы (4-6 м) их антенны располагались подуглом около 45°к горизонту, поэтому направление распространения зондирующих импульсов на этоминтервале профиля отклонялось от вертикального.

Первичные результаты съемки представлены в виде георадарограмм (рис. 5,6,7,8),анализ которых показывает, что в прибрежной части профиля (0-5 м), около воды,зондирующий импульс распространяется на глубину более 3 м. Это свидетельствуето преобладании песчаных грунтов побережья.

Рис. 5. Полевая радарограмма продольногоразреза объекта «Озеро», полученная георадаром «OKO-1M» с антенным блоком АБ-250:
1 - возможно УГВ; 2 - кровля песка; 3 - кровля супеси

Рис. 6. Полевая радарограмма продольногоразреза объекта «Озеро», полученная георадаром «ЗОНД-12», работающим на частоте500 МГц

Рис. 7. Интерпретированная радарограммапродольного разреза объекта «Озеро», полученная георадаром «ДРЛ», работающим начастоте 250 МГц

Рис. 8. Полевая радарограмма продольногоразреза объекта «Озеро», полученная георадаром «ГРОТ»

Георадарограммы в интервале глубин от 0 до 5 м отражают неоднородноестроение верхней части разреза и уровень грунтовых вод. В интервале профиля от0 до 20 м на георадарограммах четко проявляется граница между верхнимнеоднородным слоем и нижним однородным слоем, в котором затухаютэлектромагнитные волны.

Результаты инженерно-геологической интерпретации георадарограммпредставляются в виде схематического геологического разреза. При идентификациигрунтов и их границ, показанных на схематическом геологическом разрезе,учитывались данные бурения. Геологический разрез представлен слоями песков,пылеватых суглинков и почвы. Уровень грунтовых вод наблюдается только вприбрежной части озера.

Участок «Дорога». Исследования на этом участке проводились сцелью оценки возможности использования различных приборов при изучении дорожнойодежды.

Съемка на этом участке выполнена антеннами, работающими на частотах2000, 1000 и 900 МГц, а также широкополосным георадаром «ГРОТ».

Профиль длиной 43 м проложен вдоль обочины автомобильной дороги нарасстоянии 1 м от кромки проезжей части. Пикеты на линии профиля установленычерез 5 м. Скорость перемещения контактных антенн вдоль линии профиля составилаоколо 2 км/ч, а бесконтактной антенны - 10 км/ч. Ровная поверхностьасфальтобетона благоприятствовала перемещению контактных антенн георадара навсем протяжении профиля.

Первичные результаты съемки представлены в виде георадарограмм, которыепоказаны на рис. 9,10,11,12,13.Анализ этих георадарограмм показывает, что зондирующий импульс нераспространяется на глубину более 0,5 м, для частот 1000 и 2000 МГц и более 3 мдля частоты 250 МГц. Это указывает на преобладание глинистых фракций в грунтахземляного полотна. Согласно результатам бурения геологический разрез дорогипредставляет собой слоистую конструкцию, состоящую из слоев суглинка, песка иасфальтобетона. Каменных материалов практически обнаружено не было.

Рис. 9. Радарограмма продольного разрезаобъекта «Дороги», полученная георадаром «ОКО-1М» с антенным блоком АБ-1200:
1 - кровли железобетонной плиты; 2 - кровля песка; 3 - кровля суглинка;диэлектрическая проницаемость: покрытия е = 10,4; песка при w = 10,1% е= 11,23; суглинка е= 16

Рис. 10. Полевая радарограмма продольногоразреза объекта «Дорога», полученная георадаром «ЗОНД-12», работающим начастоте 900 МГц

Рис. 11. Интерпретированная радарограмма продольногоразреза объекта «Дорога», полученная георадаром «ДРЛ», работающим на частоте1000 МГц

Рис. 12. Интерпретированная радарограммапродольного разреза объекта «Дорога», полученная георадаром «ГРОТ»

Как видно из рис. 9,10,11,12,13,георадары дают четкое представление о конструкции дорожной одежды.Использование программы послойной обработки в программном обеспечении георадара«ОКО-М1» позволило оценить сначала диэлектрическую проницаемость, а затем ивлажность материалов дорожной одежды и грунтов земляного полотна. Георадар«ГРОТ» не позволил четко оценить дорожную конструкцию на данном объекте.

Участок «Карьер». Съемка па этом участке выполнена антеннами 250и 300 МГц с помощью георадаров «ЗОНД-12», «ОКО-M1» и «ГРОТ». Георадар «ДРЛ-2» неучаствовал в испытаниях на данном объекте. Исследуемый профиль длиной 46 мрасполагался по дну карьера. Пикеты на линии профиля были установлены через 10м. Скорость перемещения антенн составила около 2 км/ч. Поверхность дна карьераплоская с незначительными неровностями, которые не осложняли работу сконтактными антеннами георадаров.

Рис. 13. Радарограмма продольного разрезаобъекта «Карьер», полученная георадаром «ОКО-1М»с антенным блоком АБ-150:
1 - кровля песка крупного; 2 - кровля песка другого состава; 3 - кровля обводненногопеска; 4 - граница затухания сигнала

Первичные результаты съемкипредставлены в виде георадарограмм, показанных на рис. 13, 14,15.Анализ георадарограмм показывает, что зондирующий импульс распространяется наглубину более 5 м. Это явно указывает на значительную мощность оставшейсяпесчаной толщи на обследуемом участке.

Рис. 14. Полевая радарограмма продольногоразреза объекта «Карьер», полученная георадаром «ЗОНД-12», работающим начастоте 300 МГц

Рис. 15. Полевая радарограмма продольногоразреза объекта «Карьер», полученная георадаром «ГРОТ»

Результаты инженерно-геологическойинтерпретации представлены в виде схематического геологического разреза. Дляидентификации границ, показанных на геологическом разрезе, использовалисьданные бурения. Местоположение параметрической скважины и литологическаяколонка по стволу скважины приведены на соответствующих георадарограммах.Геологический разрез карьера представлен слоями песка различногогранулометрического состава. При этом границы грунтов были обнаружены всемиконструкциями георадаров, участвовавших в испытаниях.

3.2. Выводы по результатам сопоставительныхиспытаний

Полученные результаты испытанийгеорадаров различных моделей свидетельствуют о том, что в принципе все приборыпозволяют определять границы неоднородностей. Однако точность распознаваниявидов грунтов и их границ во многом определяется особенностями используемогопри обработке данных программного обеспечения.

Анализ результатов испытанийпозволил сделать следующие выводы.

• Испытания продемонстрироваливысокую эффективность георадаров при решении широкого кругаинженерно-геологических задач па различных объектах.

• Чем ниже скорость движения,тем более качественной получается георадарограмма.

• Рупорная низкочастотнаяантенна обеспечивает меньшую глубину проникания зондирующих импульсов, чемконтактные антенны.

• Для обследования дорожныходежд целесообразно применять георадары, работающие на частотах 900-2000 МГц,для определения границ и состояния рабочего слоя земляного полотна и основаниядорожной одежды - приборы, работающие на частотах 500-900 МГц. Земляное полотноцелесообразно исследовать приборами, работающими на частотах менее 400 МГц.

• В процессе работы сгеорадарами необходимо закладывать не менее одной параметрической скважины научасток.

• Георадары с неэкранированными антеннамиподвержены влиянию ЛЭП и движущимся транспортным средствам. Такие объектывызывают появление на радарограммах ложных сигналов в виде гипербол.

4. НАПРАВЛЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОРАДАРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ВДОРОЖНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Высокопроизводительные, экологически чистые, неразрушающие георадарныетехнологии начали широко внедряться в дорожное хозяйство с конца 90-х годовпрошлого столетия и нашли свое применение при изысканиях и проектировании,строительстве, реконструкции, ремонте и содержании автомобильных дорог [17].Георадары - это оборудование, которое позволяет определить внутреннее строениегрунтовых сред в виде непрерывных грунтово-гидрогеологических разрезов наглубину (в зависимости от центральной частоты, на которой работает прибор) от0,5 до 30 м соответственно с разрешающей способностью от 0,005 до 0,5 м.При этом число буровых работ уменьшается более чем на порядок, так какпроизводится только контрольное бурение.

При изысканиях и проектировании автомобильных дорог георадарныетехнологии позволяют изыскать грунтово-гидрогеологические условия местности;определить положение уровня грунтовых вод; оценить глубину водоема или реки вместе будущего мостового перехода и установить геометрические размеры днарусла; определить места размещения и размеры инженерных коммуникаций; разведатьи оценить запасы полезной толщи материалов и грунтов в карьерах; оценитьвлияние автомобильных дорог на окружающую среду (например, при пересеченииболот) и т.д.

При научном сопровождении проектов строительства автомобильных дорог спомощью георадаров можно осуществить приемку скрытых работ; разведать иопределить запасы дорожно-строительных материалов и вскрышных пород впритрассовых карьерах, а также установить оставшиеся запасы полезной толщи вкарьерах в ходе строительства; оценить толщину слоев вновь построенной дорожнойконструкции; выполнить контроль плотности и влажности уложенных материалов;определить толщину льда на технологических дорогах и автозимниках и т.д.

При реконструкции и ремонте автомобильных дорог георадарныетехнологии позволяют обследовать существующие автомобильные дороги и выявитьпричины разрушений участков дорог; определить толщину старого покрытияавтомобильной дороги под последующую регенерацию; оценить сплошностьводопропускного сооружения по пути инфильтрации воды в грунте через стыкизвеньев водопропускных труб.

При содержании автомобильных дорог с помощью георадаров можноопределить несущую способность дорожных конструкций через толщины слоев ивлажность грунтов земляного полотна; спрогнозировать положение кривыхскольжения и возможное нарушение устойчивости откосов насыпей; оценитьоднородность грунта земляного полотна; выполнить мониторинговые наблюдения заповедением дорожных конструкций; оценить скорость промерзания и оттаиванияземляного полотна в период распутицы и т.д.

Заслуживают внимания и возможности применения георадаров для решения вопросовохраны окружающей среды, к которым можно отнести оценку устойчивости оползневыхсклонов и эрозии почв, определение объемов загрязнения грунтов утечками изтрубопроводов и битумохранилищ, а также целый ряд других решаемых задач.

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОРАДАРОВ В ДОРОЖНОМХОЗЯЙСТВЕ

5.1. Обследование автомобильных дорог

Поддержание автомобильных дорог в работоспособном состоянии требуетвыполнения своевременных и эффективных видов ремонтных работ. По результатамдиагностики получается полный спектр количественных характеристик участковавтомобильных дорог: модуль упругости на поверхности дорожной конструкции,коэффициент сцепления, ровность покрытия и т.д. Однако они отражают толькосостояние поверхности конструкции, не отвечая на вопрос, а что же приводит ктакому состоянию, что «болит внутри» дорожной конструкции.

Поэтому в настоящее время наиболее распространенными видами ремонтовявляются расчистка водоотводных канав и наиболее часто применяемое усилениедорожных одежд. Усиление дорожных одежд - очень дорогостоящее мероприятие.Однако, как показали исследования авторов обзорной информации, все это даеттолько временный результат на 2-3 года, так как очень часто сама причинавозникновения просадок и трещин не определена и дефекты вновь появляются нановом покрытии.

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

Все вышеперечисленные параметры можно определить с помощью георадаров.Первые научные исследования с использованием георадаров, выполненные вАрхангельском государственном техническом университете (ГТУ) (научныйруководитель д-р техн. наук А.М. Кулижников) еще в 1998 г. [4,18],показали, что проектная толщина конструктивных слоев дорожной одежды невыдерживается, кондиционные пески в основании дорожной одежды и теле земляногополотна заилены. Под действием динамической нагрузки в нижней части земляногополотна непосредственно под проезжей частью образовались в поперечном ипродольном направлениях многочисленные углубления в водонепроницаемых грунтах,в которых скапливаются подземные воды. В полученных разрезах просматриваютсязоны разуплотненных грунтов и зоны инфильтрации воды.

За последующие годы Архангельским ГТУ и ГП «Росдорнии» был накопленбольшой опыт обследования дорожных сооружений. Всего обследовано более 700 кмавтомобильных дорог на территории таких субъектов Российской Федерации, какАрхангельская, Ленинградская, Мурманская, Вологодская, Московская, Тверская,Рязанская, Новгородская области, Республика Коми, Ямало-Ненецкий автономныйокруг и т.д. [9,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32].

Цель обследований - назначение эффективных видов ремонтных работ наоснове проведенных георадарных измерений. Так как одной из главных причинразрушения дорожных одежд как в центральной части, так и на северо-западеРоссии является низкая несущая способность грунта земляного полотна иподстилающих слоев, то работы проводились преимущественно грунтовыми(контактными) радарами.

Ниже представляется методика работ, выполняемых Архангельским ГТУ и ГП«Росдорнии» под руководством д-ра техн. наук А.М. Кулижникова.

Перед выполнением работ изучается вся имеющаяся документация по обследуемойдороге (отчеты по инженерно-геологическим изысканиям, рабочие проекты,продольные профили участков дороги, результаты диагностики: ровность,коэффициент сцепления и модуль упругости на поверхности покрытия и т.д.). Позаданной глубине зондирования выбирается тип антенн. В зависимости отпоставленных задач проводится контрольное бурение из расчета 3-15 скважин на 15км автомобильной дороги с определением толщины слоев дорожной конструкции иотбором проб грунта. По отобранным пробам определяется фактическая влажностьгрунта. Назначается маршрут движения. Работы выполнялись на базе автомобиля УАЗпри скорости 4-5 км/ч.

При проведении работ придерживаются следующей технологии. Записываются непрерывныефайлы протяженностью 1 км в продольном направлении, а также при ручной протяжкегеорадара в местах сверочных контрольных бурений в поперечном направлении.Отмечается до 30 меток на 1 км. С помощью меток фиксируются ситуация иинженерные сооружения па дороге, техническое состояние покрытия.

Обследование осуществляется преимущественно контактными (грунтовыми)георадарами с антенными блоками АБ-250, АБ-400 и АБ-1200 (разработчик ГП НИИПриборостроения им. В.В. Тихомирова и ООО «ЛОГИС»).

В процессе выполнения работ устанавливаются следующие исходные параметры(табл. 6).

По результатам георадарных работ были получены достаточно хорошочитаемые волновые картинки по каждому километру обследуемых участков дорог.Предобработка, обработка и интерпретация записанных файлов выполнялись попрограмме «GeoScan»(разработчик программы ГП ПИИ Приборостроения им. В.В. Тихомирова и ООО«ЛОГИС»).

Таблица 6

Установочные параметры

Георадары с антенными блоками

АБ-250

АБ-400

АБ-1200

Диапазон развертки, нс

100, 200

80, 100

50

Количество точек по глубине

510

255, 510

5 10

Количество реализаций в профиле

2500

2500, 3750

5000

Количество накапливаемых отчетов

8,16

16

8

Диэлектрическая проницаемость среды

4,5-5,5

4,5-5,5

4,5-5,5

Исследованиями выявлено внутреннее строениедорожных конструкций (геометрическое очертание подошвы и кровли грунтовземляного полотна и подстилающего основания, зоны разуплотненного грунта, зоны инфильтрацииводы и положение уровня грунтовых вод (УГВ), определены причины разрушенияпокрытий автомобильных дорог.

Для назначения адресных ремонтных работ автомобильные дороги на основеполученных интерпретированных радарограмм классифицируются на 4 типа участков,характеризующихся состоянием и условиями эксплуатации. Как правило, условиямэксплуатации соответствует и состояние автомобильных дорог. Первый тип - оченьплохие условия эксплуатации (грунтовые воды на глубине 0,5-1,0 м от поверхностипокрытия, выемки или насыпи в нулевых отметках, застаиваются поверхностныеводы, наблюдается инфильтрация воды через тело или основание насыпи,зафиксированы зоны разуплотненных грунтов). Второй тип - плохие условия(грунтовые воды на глубине 1,0-1,5 м от поверхности покрытия; низкие насыпи,застаиваются поверхностные воды, наблюдается инфильтрация воды через тело илиоснование насыпи, зафиксированы зоны разуплотненных грунтов). Третий тип -средние условия (грунтовые воды на глубине 1,5-2,0 м от поверхности покрытия,высота насыпи более 1,5 м и поверхностный водоотвод обеспечен). И, наконец,четвертый тип - благоприятные условия (высокие насыпи, глубокое залеганиегрунтовых вод, поверхностный сток обеспечен).

В 2000 г. были проведены сравнительные обследования участковавтомобильных дорог одинаковой протяженности по 15 км. В Архангельской областиобследовался участок дороги Москва - Архангельск, в Мурманской области - «Кола»- Верхнетуломский - КПП «Лотта», в Республике Коми - Эжва - Вильгорт [19],которые по визуальной оценке требовали ремонта. Результаты обследований в видепроцентов участков дорог по протяженности с характерными условиями эксплуатациисведены в табл. 7.

Таблица 7

Условия эксплуатации дороги

Результаты обследования участков автомобильных дорог по протяженности с характерными условиями эксплуатации, %

Мурманская область

Архангельская область

Республика Коми

Очень плохие

43,0

12,7

30,4

Плохие

27,0

26,0

29,7

Средние

15,7

9,8

9,2

Благоприятные

14,3

51,5

30,7

По результатам обследований для очень плохих иплохих участков были намечены эффективные виды ремонтных работ,дифференцированные по участкам дорог. Рекомендованы такие виды работ, какпонижение УГВ путем обеспечения поверхностного водоотвода (прочистка,углубление боковых и водоотводных канав, устройство дополнительных водоотводныхканав, закладка подкюветных и подобоченных дренажей мелкого и глубокогозаложения, устройство дополнительных водопропускных труб); устройство в телеземляного полотна поперечных дренажных прорезей и горизонтальных дрен; увеличениерасстояния от поверхности покрытия до УГВ.

В 2001 г. были обследованы участки автомобильных дорог Архангельск -Малые Карелы - Белогорский (Архангельская область) и Тотьма - Нюксеница -Великий Устюг (Вологодская область), на покрытиях которых в весенний периоднаблюдались большие морозные деформации с последующим образованием трещин послеусадки грунта [1,20,31].Результаты проходов георадара в поперечном направлении и в продольном по двумполосам движения продемонстрировали, что в теле земляного полотна находятсяочень неоднородные пучинистые грунты (рис. 16), такие как пылеватые песок,супесь и суглинок, а также глины, хаотично перемешанные как по высоте, так и поширине земляного полотна. Толщина слоев из стабильных материалов на этихдорогах не превышает 40-50 см. В этом случае традиционное усиление дорожнойодежды асфальтобетоном существенно не продлит сроки службы автомобильной дорогибез «лечения» земляного полотна одним из ранее указанных методов.

Рис. 16. Радарограмма поперечного разрезадорожной конструкции, свидетельствующая о содержании неоднородных грунтов втеле земляного полотна на участке автомобильной дороги Архангельск - МалыеКарелы - Белогорский

Интересные результаты работ были получены при обследовании просадок научастке автомобильной дороги «Кола» Верхнстуломский - КПП «Лотта» (Мурманскаяобласть), где выявилось, что причиной просадок и волнообразований на покрытииявляются торфы, оставленные строителями под старым земляным полотном;инфильтрация воды через тело насыпи при четко выраженной косогорности впоперечном профиле, а также зоны избыточно увлажненного пылеватого грунта (рис.17).

Рис. 17. Радарограмма продольного разреза дорожной конструкции свыделенным переувлажненным суглинком на участке просадки покрытия наавтомобильной дороге «Кола» - Верхнетуломский - КПП «Лотта»

По результатам работ был выявлен ряд ограничений при работе с георадаром:

• нежелательно проводить работу с контактными антенными блоками вдождливую погоду, так как в случае нарушения герметизации антенных блоковвозможен выход из строя оборудования;

• плохие результаты получаются при работе с георадарами на засоленныхгрунтах или в соленой воде.

В 2003 г. сотрудники ГП «Росдорнии» (научный руководитель. д-р техн.наук А.М. Кулижников) применили георадары с целью определения причин разрушенийна 10 неблагополучных участках автомобильной дороги М10 «Россия». Георадарныеобследования выполнялись двумя комплектами георадаров:

• рупорным радаром «ДРЛ» с воздушными антеннами частотой 1000 и 2000 МГцдля определения толщины конструктивных слоев дорожных одежд;

• контактным радаром «ОКО-М» с антенными блоками АБ-250 и АБ-400(соответственно с центральной частотой 250 и 400 МГц) для определениягрунтово-гидрогеологических разрезов грунта земляного полотна и подстилающегополупространства.

Замеры выполнялись в продольном направлении по правой крайней полосе(маршрут Москва - Санкт-Петербург) и в обратном направлении по левой крайнейполосе. Измерения проводили по середине между колеями движениями. В поперечномнаправлении измерения осуществлялись от правой к левой бровке земляного полотнана каждом участке через 500 м.

Наряду с георадарными работами оценивалось состояние покрытия,обеспечение водоотвода, водно-тепловой режим дорожных конструкций. Оценкавыполнена в виде короткого описания с детализацией по участкам. Протяженностькаждого обследуемого участка в среднем составляла 2,5 км.

Участок 1.

Краткое описание участка.

На протяжении участка земляное полотно проходит в насыпи высотой от 0,5до 2,0 м (4 м на небольшом протяжении), наблюдаются частые поперечные иотдельные продольные трещины на стыках полос движения. Колея отсутствует.Поперечный уклон на проезжей части обеспечен. Местами размыт откос насыпи.Боковые и водоотводные канавы на участках низких насыпей просматриваются плохо.

По материалам диагностики: оценка состоянияпокрытия 3 балла, коэффициент прочности 0,75, что ниже требуемого значения;ровность 301-370 см/км, что не превышает допустимое значение 540 см/км.

Анализ радарограмм продольных проходов позволяетзаключить, что в основании насыпи находится суглинок легкий пылеватый. Высотанасыпи из песка гравелистого, гравийного грунта и песка средней крупностиизменяется от 1 до 2,0-2,2 м.

Анализ радарограмм дорожной одежды в продольном направлениисвидетельствует, что толщина слоя асфальтобетона изменяется от 0,13 до 0,38 м;слоя щебня - от 0,10 до 0,34 м.

Участок 2.

Краткое описание участка.

На первой половине участка земляное полотно проходит в низкой насыпи,высота насыпи около 0,5 м. Боковые канавы просматриваются плохо: можно выделитьширину по низу 0,6 м, канавы заросли травой, заложение откосов канав 1:1 и1:0,5.

На второй половине участка земляное полотно проходит в низкой насыпи,высота насыпи около 0,5 м. С правой стороны -болотистая местность. Наповерхности покрытия просматривается колея. Три полосы движения: две внаправлении г. Санкт-Петербурга и одна - в сторону г. Москвы. Боковые канавытрапецеидального сечения заполнены водой. В колее застаиваются поверхностныеводы.

В целом по участку по правой части полосы отвода наблюдаются вырубкидеревьев, высота насыпи не превышает 0,5-1,2 м, заболоченность, застаиваютсяповерхностные воды; боковые канавы местами отсутствуют (нет бокового кювета ввыемке), а если и есть в наличии, то дно заилилось, а сами канавы зарослитравой и местами кустарником; не зафиксировано ни одной водоотводной канавы,сбрасывающей воду в поперечном направлении; просматривается почти повсеместноколея, видны на поверхности покрытия заплаты от ямочного ремонта; разностьотметок на стыке кромки проезжей части и обочины достигает 20-30 см.

По материалам диагностики: оценка состоянияпокрытия 1-3 балла, коэффициент прочности 0,71-1,08, который на основнойпротяженности ниже требуемого; ровность 440-770 см/км, что на ряде участковпревышает допустимое значение 540 см/км.

Анализ радарограмм по продольным проходам свидетельствует, что восновании насыпи находится супесь песчанистая, встречается супесь с прослойкамиторфа. Высота насыпи из песка мелкого варьируется от 0,8 до 2,0 м. УГВзафиксирован на глубине от 0,6 до 1,2 м.

Анализ радарограмм дорожной одежды показывает, что толщинаасфальтобетона изменяется от 0,08 до 0,3 м; щебня - от 0,08 до 0,3 м (рис. 18).

Рис. 18. Продольный разрез дорожной одежды па участие автомобильнойдороги Москва - Санкт-Петербург

Анализ радарограмм в поперечном направлении позволил обнаружить, чтотолщина слоя асфальтобетона на ряде поперечников разная. Так, в начале участкатолщина слоя асфальтобетона под центральной полосой движения на 5 см больше,чем под крайними полосами. В середине участка толщина слоя асфальтобетона подцентральной полосой движения на 12 см больше чем под крайними полосами, болеетого, под центральной полосой движения ниже слоя асфальтобетона находитсястарое дорожное покрытие толщиной 10-15 см.

Участок 3.

Краткое описание участка.

В начале участка автомобильнаядорога проходит через населенный пункт в низких насыпях средней высотой около0,5 м. Три полосы движения, разделенные пунктирными линиями. На покрытиизафиксирована колея глубиной 4 см. Канавы заросли травой.

В конце участка автомобильнаядорога проходит через населенный пункт. Нет сплошной разделительной полосы.Земляное полотно в низкой насыпи высотой 1 м. Боковые канавы трапецеидальногосечения, местами заросли травой. На левой полосе движения колея.

В целом на участке, проходящемпо населенному пункту, боковые канавы заилились и заросли травой и кустарником;боковые канавы выполнены на основном протяжении дороги, прерываются толькоместами; с правой стороны нет ни одной водоотводной канавы, с левой стороны надвух примыканиях боковые канавы примыкающих дорог выполняют функциюводоотводных канав; насыпь преимущественно проходит в нулевых отметках; налевой полосе движения колея от спаренных колес глубиной 10-15 см,местамиколея просматривается и на правой полосе движения. Наблюдаются поперечныетрещины.

По материалам диагностики:оценка состоянияпокрытия 2 3 балла, коэффициент прочности 0,58-0,62, что существенно нижетребуемого; ровность 576-890 см/км, что превышает допустимое значение 540см/км.

Анализ радарограмм продольных разрезовсвидетельствует, что в основании насыпи находится супесь песчанистая пластичнойконсистенции и суглинок легкий песчанистый; земляное полотно возведено из пескагравелистого высотой от 0,8 до 2,0 м. Уровень грунтовых вод на участкепротяженностью 1,5 км зафиксирован на глубине 2,4-3,2 м от поверхностипокрытия.

Анализ радарограмм продольных разрезов дорожной одежды показывает, чтотолщина слоя асфальтобетона изменяется от 0,17 до 0,37 м; песчано-гравийнойсмеси - от 0,08 до 0,57 м.

Из радарограмм поперечных разрезов следует, что толщины дорожной одеждыи высота земляного полотна в поперечном направлении изменяются. В результатемодуль упругости по разным полосам движения может быть различным. На рядерадарограмм поперечных разрезов четко просматриваются причины образованияколейности за счет просадок подошвы асфальтобетона и щебня. На других участкахнижние слои дорожной одежды деформировались незначительно.

Участок 4.

Краткое описание участка.

В начале участка 3 полосы движения разделены пунктирными линиями.Насыпь имеет высоту около 1,0-1,2 м. Слева сосновый лес, справа заболоченныйучасток. В 10 м от насыпи, справа, застаиваются поверхностные воды на болоте.Глубокая колея от спаренных колес по полосе движения в сторону г. Москвыглубиной до 11 см, колея зафиксирована и по правой полосе движения. На покрытиинаблюдаются большие неровности. Выпоры асфальтобетона срезаны фрезой, напокрытии наблюдаются поперечные трещины, заплаты от ямочного ремонта. Местамипроизошло истирание верхнего слоя, о чем свидетельствуют «залысины» диаметром30-40 см. Канавы заросли камышом и травой.

На основном протяжении участка дорога проходит в низких насыпях, местамипо болоту, не присыпаны обочины, покрытие на 10-12 см возвышается над поверхностьюобочины, по полосе движения в сторону г. Москвы зафиксированы колея, просадкипокрытия, поперечные трещины, местами наблюдается сползание откоса насыпи, вканавах застаиваются поверхностные воды.

По материалам диагностики:оценка состояния покрытия2,3-3 балла, коэффициент прочности 0,56-0,63, что существенно ниже требуемого;ровность 184-250 см/км, что не превышает допустимое значение 540 см/км.

Анализ радарограмм продольных разрезов свидетельствует, что в основании насыпи находитсяпесок пылеватый заторфованный на глубине 0,6-1,4 м от поверхности покрытия столщиной слоя до 0,8-1,0 м, а также суглинок заторфованный; земляное полотновозведено из песка среднего высотой от 0,6 до 2,0 м (рис. 19). Уровеньгрунтовых вод зафиксирован на глубине 1,2-2,3 м от поверхности покрытия.

Рис. 19. Продольный разрез дорожной конструкции па участкеавтомобильной дороги Москва - Санкт-Петербург

Анализ радарограмм продольныхразрезов дорожной одежды показывает, что толщина слоя асфальтобетона изменяетсяот 0,19 до 0,27 м; песчано-гравийной смеси - от 0,08 до 0,38 м, щебенистогогрунта - от 0 до 0,4 м.

Из радарограмм поперечныхразрезов следует, что причиной колейности являются глубинные слои, какрезультат просматриваются просадки грунтов земляного полотна от подвижногосостава под колеей по полосе движения в сторону г. Москвы (рис. 20). На рядепоперечных разрезов дорожной одежды четко выражена просадка покрытия иоснования под крайними полосами движения. На других поперечных разрезахнаблюдается четко выраженный «корытный» профиль водоупора непосредственно поддорожной одеждой, на большинстве поперечников просматриваются локальныепросадки, неравномерные по всей ширине дорожной одежды.

Рис. 20. Поперечный разрез дорожной конструкции с просматривающейсяглубокой колеей па поверхности земляного полотна па участке автомобильнойдороги Москва - Санкт-Петербург

Участок 5.

Краткое описание участка.

Участок проходит через населенный пункт, высота насыпи около 1,0 м.Имеют место колееобразование, выбоины, поперечные и продольные трещины, местамиглубокая колея, выбоины, сползание откоса насыпи по левой части. В целомпокрытие находится в удовлетворительном состоянии.

По материалам диагностики: оценка состояния покрытия 1,5-3 балла, коэффициент прочности 0,91-1,01,что ниже требуемого, ровность 527-794 см/км, что на основном протяжении участкапревышает допустимое значение 540 см/км.

Анализ радарограмм продольных разрезов свидетельствует, что в основании насыпи находитсясупесь песчанистая и суглинок легкий пылеватый; земляное полотно возведено изпеска средней крупности высотой от 1,0 до 2-2,5 м. Только на участкепротяженностью 370 м дорожная одежда уложена непосредственно на слой супесипесчанистой толщиной в среднем 0,8 м.

Анализ радарограмм продольныхразрезов дорожной одежды показывает, что толщина дорожной одежды составляет всреднем 0,5 м, при этом асфальтобетонное покрытие имеет толщину 0,30-0,36 см,щебеночный слой - 0,08-0,12 см.

Из радарограмм поперечныхразрезов дорожной одежды следует, что причиной колееобразования является малаятолщина основания дорожной одежды, так как на кровле и подошве щебеночного слоянаблюдаются углубления от подвижного состава под колеей движения.

Участок 6.

Краткое описание участка.

Земляное полотно проходит в низкой насыпи, средняя высота насыпи около1,0 м, встречаются участки с высотой насыпи 1,5-2,0 м. Боковые канавыпросматриваются плохо: канавы заросли травой, заложение откосов канав 1:1 и1:0,5. На первых 300 м замечена болотистая местность. Три полосы движения.

На поверхности покрытия зафиксированы просадки, выбоины, поперечныетрещины, колееобразование, заплаты от ямочного ремонта; имеет местофрезерование бугров выпирания; местами уклон обочины превышает 10 %.

Анализ радарограмм по продольным проходам свидетельствует, что в основании насыпинаходится пылеватый грунт, а земляное полотно на протяжении 350 м уложено напрослойку торфа, средняя толщина которой равна 15-25 см. Высота насыпи из пескамелкого изменяется от 0,8 до 2,0 м. Толщина торфа 2,5 м по продольному профилюна протяжении 100 м не подтвердилась.

Анализ радарограмм дорожнойодежды показывает, что толщина слоя асфальтобетона изменяется от 0,2 до 0,4 м;щебня - от 0,15 до 0,32 м.

Анализ радарограмм в поперечномнаправлении позволил обнаружить, что под центральной полосой движения залегаетцементобетонная плита. Толщина песчаного подстилающего слоя изменяется поширине дорожной одежды. Толщина асфальтобетонного слоя на ряде поперечниковразная, так, ближе к концу участка толщина слоя асфальтобетона под центральнойполосой движения на 5 см меньше, чем под крайними полосами движения. Подцентральной полосой ниже асфальтобетона находится старое дорожное покрытиетолщиной 15-20 см, в то время как выше его толщина слоя асфальтобетонадостигает 18-24 см.

Участок 7.

Краткое описание участка.

Средняя высота насыпи 1,0 м, максимальная не превышает 2,0 м. В боковыхканавах и у основания насыпи застаиваются поверхностные воды. Три полосыдвижения.

На поверхности покрытиязафиксированы выбоины, поперечные и продольные трещины, колееобразование навсем участке, особенно ярко выражено по правой полосе движения.

Анализ радарограмм по продольным проходам свидетельствует, что в основании насыпинаходится суглинок пылеватый, а земляное полотно возведено из песка, высота,песчаной насыпи изменяется от 1,0 до 1,8 м. Торфяная прослойка не былаобнаружена.

Анализ радарограмм дорожнойодежды показывает, что толщина асфальтобетона изменяется от 0,3 до 0,42 м;щебня - от 0,2 до 0,43 м.

Анализ радарограмм в поперечномнаправлении позволил обнаружить, что под центральной полосой движения залегаетстарое покрытие. Толщина песчаного подстилающего слоя изменяется по ширинедорожной одежды. Толщина слоя асфальтобетона на ряде поперечников разная, так, вцентре участка толщина асфальтобетонного слоя под центральной полосой движенияна 5 см меньше, чем под крайними полосами движения. Под центральной полосойдвижения старое дорожное покрытие имеет толщину 25 см, в то время как толщинаслоя асфальтобетона выше его достигает 1 8 см.

Участок 8.

Краткое описание участка.

Средняя высота насыпи 1,2 м,максимальная высота не превышает 3,0 м. В боковых канавах трапецеидальногосечения и у основания насыпи застаиваются поверхностные воды. Замеченызаболоченные участки местности. Уклон обочины в ряде случаев превышает 10 %.Три полосы движения.

На поверхности покрытиязафиксированы выбоины, просадки, трещины, колееобразование, заплаты от ямочногоремонта.

Анализ радарограмм по продольным проходам свидетельствует, что восновании насыпи находится пылеватый грунт, а земляное полотно возведено изпеска, высота песчаной насыпи изменяется от 1,0 до 2,4 м. Торфяные прослойкибыли обнаружены только на одном поперечнике.

Анализ радарограмм дорожнойодежды показывает, что толщина слоя асфальтобетона изменяется от 0,24 до 0,42м; щебня - от 0,2 до 0,4 м.

Анализ радарограмм в поперечномнаправлении позволил обнаружить, что под центральной полосой движения залегаетстарое покрытие. На поперечниках в основании насыпи обнаружены включенияторфяного грунта толщиной слоя от 1,2 до 2,5 м (так как торф имеет большиепределы изменения диэлектрической проницаемости в зависимости от влажности, тоего точная толщина может быть определена на основе контрольного бурения).Причем с правой стороны торф располагается под половиной правой полосыдвижения, в то время как с левой стороны он находится в основном под обочиной.Эти включения не были обнаружены при продольных проходах, так как не попали подпроекцию георадара. Толщина песчаного подстилающего слоя изменяется по ширинедорожной одежды. Толщина асфальтобетона на ряде поперечников разная, так, наодних толщина асфальтобетона под центральной полосой движения на 8 см меньше,чем под крайними полосами движения. Под центральной полосой движения староедорожное покрытие имеет толщину 22-28 см, в то время как толщина слояасфальтобетона выше его достигает 18-25 см.

Участок 9.

Краткое описание участка.

Средняя высота насыпи 1,5 м, почти на третьей части протяженностиучастка дорога проходит в нулевых отметках, максимальная высота не превышает2,2 м. В боковых канавах и у основания насыпи застаиваются поверхностные воды.Замечены заболоченные участки местности. Три полосы движения.

На поверхности покрытиязафиксированы выбоины, поперечные трещины, колееобразование, заплаты отямочного ремонта.

Анализ радарограмм по продольным проходам свидетельствует, что в основании насыпинаходится пылеватый грунт, а земляное полотно возведено из песка, высотапесчаной насыпи изменяется от 0,7 до 2,3 м. Торфяная прослойка не былаобнаружена.

Анализ радарограмм дорожнойодежды показывает, что толщина слоя асфальтобетона изменяется от 0,3 до 0,4 м;щебня - от 0,2 до 0,4 м.

Анализ радарограмм в поперечном направлении позволил обнаружить, чтопод центральной частью, залегает старое покрытие. Толщина песчаногоподстилающего слоя изменяется по ширине дорожной одежды. Толщина асфальтобетонана ряде поперечников разная, например, на основном протяжении участка толщинаслоя асфальтобетона под центральной полосой движения на 5-10 см меньше, чем подкрайними полосами движения. Под центральной полосой движения старое дорожноепокрытие имеет толщину 15-30 см, в то время как толщина слоя асфальтобетонавыше его достигает 15-18 см.

Участок 10.

Краткое описание участка.

Насыпь высотой около 1,0 м.Наблюдается колея по полосе движения в сторону г. Москвы, просадка покрытия. Полевой стороне болото, имеют место просадка покрытия, сползание откоса,поперечные (преимущественно по левой полосе движения) и продольные трещины, продольныеволны; по правой полосе движения также встречаются поперечные трещины, выбоины,колееобразование.

По материалам диагностики: оценка состояния покрытия 3балла, коэффициент прочности 1,08, что ниже требуемого по настоящим нормам;ровность 287-359 см/км, что не превышает допустимое значение 540 см/км.

Анализ радарограмм продольных разрезовсвидетельствует, что основание насыпи поочередно сложено из таких грунтов, каксупесь песчанистая, песок заторфованный, песок пылеватый. Песок заторфованныйобнаружен на протяжении 250 м (правая полоса) и 350 м (левая полоса) на глубине1,0-1,2 м. Под левой полосой движения па протяжении 600 м на глубине 2 мзалегает прослойка торфа толщиной слоя около 0,8 м (рис. 21). Земляное полотновозведено из песка гравелистого и средней крупности высотой от 0,8 до 1,7 м.

Рис. 21. Продольный разрез дорожной конструкции с выявленным торфомв основании земляного полотна на участке автомобильной дороги Москва -Санкт-Петербург

Анализ радарограмм продольных разрезов дорожной одежды показывает, чтоасфальтобетонное покрытие имеет толщину 0,13-0,3 см, щебеночный слой - толщину0,1-0,28 см.

Из радарограмм поперечных разрезов следует, что толщины дорожной одеждыи высота земляного полотна в поперечном направлении изменяются. На поверхностиводоупора под телом земляного полотна просматриваются локальные просадки,неравномерные по всей ширине дорожной одежды.

На радарограмме поперечного разреза дорожной одежды в конце участкапросматривается размещенное не по всей ширине новой дорожной одежды староедорожное покрытие, захороненное под новым слоем асфальтобетона.

Результаты обследований автомобильной дороги М10 убедительно показалиэффективность применения георадаров.

В ГП «Росдорнии» на протяжении последних лет эксплуатируется геолокатор«ДРЛ» с прицепной бесконтактной антенной системой [27,28,33,34](рис. 22). Измерения производятся со скоростью 10-50 км/ч, поэтому приборудобен для применения на эксплуатируемых дорогах и аэродромах, так как можетработать в режиме движения транспортных потоков автомобилей. Прибор позволяетопределять количество слоев дорожных покрытий и оснований, изменение ихтолщины, наличие пустот под монолитными слоями, границу зоны увлажненияземляного полотна, инородные включения в грунте, а также выявлять брак,допущенный в процессе дорожных работ, идругие отклонения, являющиеся основными причинами последующих разрушенийдорожной одежды. Кроме этого, получаемые с помощью геолокатора данные внекоторых случаях позволяют составить достаточно объективный прогноз изменениясостояния дорожного покрытия в процессе его эксплуатации. При наличиисоответствующей объективной информации возможно заранее, до появлениямеханических разрушений, предусмотреть соответствующие мероприятия.

Рис. 22. Автомобиль с георадаром «ДРЛ»

Еще одной областью применениягеолокатора может быть его использование для определения толщиныасфальтобетонного покрытия, уложенного на слой цементобетона. Такую информациючрезвычайно важно получать перед фрезерованием покрытия, например, напутепроводах или в других местах, где толщина асфальтобетонного слояограничена. При этом, в случае заглубления фрезы до цементобетона, еедорогостоящий рабочий орган может выйти из строя.

Интересными представляютсярезультаты, полученные при обследовании дорожных одежд с армированнымицементобетонными плитами. Такие конструкции обследовали на территорииЯмало-Ненецкого автономного округа [1].Пробный проезд по армированным цементобетонным плитам показал, что георадары,работающие на частотах 1000 и 2000 МГц свободно сканируют конструкцию,практически не реагируя на арматурную сетку, находящуюся в плитах. С помощьюгеорадаров возможно эффективно оценивать состояние подстилающих слоев, выявлятькачество гидроизоляции температурных швов между плитами. При исследованииконструкции после продолжительного периода дождей на получаемыхгеорадарограммах в области швов хорошо видны контрастные цвета,свидетельствующие о переувлажнении грунта, а значит о нарушении гидроизоляции.

Известен опыт обследования дорогСанкт-Петербургским государственным горным институтом и ЗАО «Нева-Дорсервис» [22].Для обследований дорожных одежд использовался георадар «ЗОНД» с антеннымиблоками с центральной частотой 900 МГц, а для промеров толщины слоев асфальтобетона- с частотами 1,5 и 2,0 ГГц, которые обеспечивали точность измерений до 1 см.При обследовании грунтов земляного полотна использовались низкочастотныеантенны (500 и 300 МГц), изучающие разрез на глубину до 5-10 м при разрешающейспособности 0,3-0,5 м. Работы выполнялись в трех режимах: непрерывноепродольное, интервальное продольное и поперечное профилирование.Транспортировка георадара осуществлялась автомобилем, движущимся со скоростьюдо 10 км/ч.

КБ «Радар» и ООО «Индор» (г.Томск) выполняли обследование автомобильных дорог георадаром с центральнойчастотой 700 МГц и шагом зондирования 0,1 м [24].На каждом участке протяженностью 3 м определялась центральная частота спектракаждой реализации сигнала. Анализ показал, что центральная частота спектрасигнала на участке нового асфальтобетонного покрытия имеет плавный характеризменения, в то время как на старом покрытии наблюдаются резкие скачки соседнихзначений. Аналогичные исследования были проведены для дорог с грунтовым игравийным покрытием.

ЗАО «Технотавр» использовалогеорадар «ГРОТ» при обследовании автомобильных дорог Москва - Нижний Новгород,Москва - Минск, Самара - Уфа - Челябинск, подъезда к аэропорту «Внуково» и т.д.[23,26].

Предварительные расчеты авторовобзорной информации показывают, что затраты на ремонтные работы послегеорадарных обследований автомобильных дорог уменьшаются не менее чем на 20-25%при повышении их эксплуатационной надежности.

5.2. Выявление зон локальных ослаблений в грунтахземляного полотна

С помощью георадарныхобследований автомобильных дорог по радарограммам устанавливаются границы(подошвы) грунтов и положение уровня грунтовых вод. На рис. 23 приведеныграницы подошвы грунтов земляного полотна и подстилающего слоя основания наинтерпретированной радарограмме по продольному разрезу участка автомобильнойдороги «Кола» - Верхнетуломский - КПП «Лотта» (Мурманская обл.).

Рис. 23. Радарограмма продольного разреза дорожной конструкции свыделенными границами слоев на участке автомобильной дороги «Кола» -Верхнетуломский - КПП «Лотта»

Выявление литологических границгрунтов, которое характеризуется при георадарных работах большой амплитудойсигнала на подошве каждого слоя, позволяет на протяжении продольного профиляпроследить толщину слоев из стабильных материалов, оценить состояние, ав ближайшем будущем и степень заиления кондиционных песков рабочего слоядорожной конструкции. По времени прохождения сигнала и известной мощности слояможно судить о влажности грунтов земляного полотна. В том случае, когда толщинаслоев из стабильных материалов не выдержана, то необходимо поднять земляноеполотно и обеспечить отвод поверхностных вод или понизить уровень грунтовыхвод. Для отвода поверхностных вод достаточно оценить обеспечение поверхностноговодоотвода, уложить дополнительные водопропускные трубы и выполнить прочистку иуглубление боковых и водоотводных канав. Если же грунт земляного полотнаизбыточно увлажнен, то необходимо выполнить работы по его осушению.

Максимальная амплитуда сигналагеорадара, как правило, проявляется на границе грунтовых вод, котораядостаточно хорошо читается по радарограмме. При известном положении уровнягрунтовых вод, когда не выдержано требуемое расстояние от уровня грунтовых воддо поверхности покрытия, необходимо при пылеватых подстилающих грунтах поднятьвысоту земляного полотна, либо при дренирующих подстилающих грунтах понизитьуровень грунтовых вод с помощью дренажей глубокого заложения, которые могутбыть размещены под обочинами или кюветами.

Помимо границ грунтов иположения УГВ с помощью георадарных технологий можно выделить следующие дефекты[20,21, 31]:

- зоны просадочных иразуплотненных грунтов, карстовых деформаций;

- зоны инфильтрацииповерхностных и грунтовых вод;

- зоны неоднородных, пылеватых,пучинистых грунтов;

- положение кривой скольжения наоползневых участках;

- пространственное расположениеподошвы водоупоров;

- промоины и размытые зоны спереувлажненными грунтами в их основании и др.

На радарограммах достаточночетко просматриваются зоны просадочных и разуплотненных грунтов, которыехарактеризуются наличием воздушных прослоек или большой пористостью. Наинтерпретированной радарограмме продольного разреза участка автомобильнойдороги Москва - Архангельск (Архангельская область) на рис. 24 показаны зоныпросадочных и разуплотненных грунтов в виде хорошо выраженных линийсинфазности, характеризующихся большими амплитудами сигнала. При выявлении зонпросадочных и разуплотненных грунтов, что имеет место, например, на карстовыхучастках, следует определить причины образования такого состояния грунтов иустановить границы карстовых воронок. В этих случаях следует проследить и путьследования грунтовых вод, так как устранение источника увлажнения можетпривести к приостановлению развития процессов размыва и избыточного увлажнения.Работы по выявлению источника увлажнения в пределах придорожной полосы такжеможно выполнить с использованием георадаров. Только после ликвидации источникаувлажнения можно приступить к выполнению работ по устранению явлений, вызванныхдействиями воды: закачке песчано-глинистых или песчано-цементных растворов вкарстовые полости и зоны просадочных грунтов. Одним из эффективных мероприятийможет быть устройство вертикальных или горизонтальных скважин с инъектированиемрастворов в зоны просадочных и разуплотненных грунтов.

Рис. 24. Радарограмма продольного разреза дорожной конструкции свыделенными зонами просадочных деформаций и разуплотненных грунтов

Зоны инфильтрации вод имеют характерную рябь на радарограммах.Причем зоны инфильтрации вод могут быть обнаружены как над водопропускнойтрубой, так и под ней, а иногда и несколько в стороне от самой трубы. На рис.25 приведены зоны инфильтрации подземных вод на интерпретированной радарограммепродольного разреза участка автомобильной дороги «Кола» - Верхнетуломский - КПП«Лотта» (Мурманская область). Инфильтрация поверхностных вод через нижние слоиземляного полотна может быть устранена обеспечением поверхностного водоотвода сверховой стороны или устройством новых водопропускных труб в случае нарушениягерметизации стыков их звеньев. Инфильтрации подземных вод через подстилающиеслои земляного полотна избежать значительно труднее, для этого потребуетсязаглубление водопропускных труб или устройство перехватывающих дренажей.

Рис. 25. Радарограмма с выделенной зоной инфильтрации подземных водпод водопропускной трубой

Выявление неоднородных грунтов в теле насыпи или наличиепылеватых грунтов также достаточно легко просматривается на радарограммахпоперечного разреза по характерным линиям синфазности. На рис. 16приведена интерпретированная радарограмма поперечного разреза на автомобильнойдороге Архангельск - Малые Карелы - Белогорский (Архангельская область), гдевыявлены неоднородные грунты в теле земляного полотна, что обуславливаетнеравномерность пучинных деформаций и разрушение покрытия. При неоднородных ипылеватых грунтах потребуется устройство поперечных дренажных прорезей, которые устраиваются с определенным шагом наширину рабочего органа землеройной машины из дренирующих материалов. При этомдренирующие материалы могут быть защищены от кольматации геотекстилем.

Граница кривой скольжения на оползневом участке характеризуетсясущественной разницей во влажности грунтов, о чем сигнализирует радарограмма позначительному увеличению амплитуды сигнала. На рис. 26 приведенаинтерпретированная радарограмма георадарного сканирования поперек полосыварьирования автомобильной дороги «Кола» - Верхнетуломский - КПП «Лотта»(Мурманская область). Такая радарограмма перестраивается в грунтово-литологическийразрез с фактическими отметками на поверхности и оценивается устойчивостьоползневого склона. Для обеспечения устойчивости оползневого участка необходимоотвести источник избыточного увлажнения, уменьшить нагрузки от насыпи, устроитьподпорные стенки или забить сваи, предотвращающие возможность сползаниягрунтов.

Рис. 26. Радарограмма с выделенной кривой скольжении по поверхностиморенного грунта

Очень часто вызваннаявоздействиями автомобильной нагрузки «продавленная» подошва водоупоров восновании насыпи способствует скоплению поверхностных вод и избыточномуувлажнению грунтов земляного полотна и дорожной одежды. На рис. 27 показаныинтерпретированные радарограммы поперечного сечения участка автомобильнойдороги «Кола» - Верхнетуломский - КПП «Лотта» (Мурманская область), гдевыделяется «корыто» из суглинистого грунта, которое обусловливает постоянноеувлажнение песчаных грунтов земляного полотна. Георадарные съемки с последующимпредставлением пространственного расположения подошвы слоев позволяют назначитьмероприятия по сбросу воды из «корыта» водоупоров. С этой целью необходимо,например, пневмопробойником продавить горизонтальные скважины с определеннымшагом, а затем заполнить их дренирующим материалом. Это мероприятие позволитосушить рабочий слой и избежать существенного увлажнения грунта земляногополотна.

Рис. 27. Радарограмма поперечного разреза дорожной конструкции свыделенным «корытом» в основании насыпи из суглинка

Промоины содержат пустоты, которые легкоинтерпретируются на радарограммах как чередующиеся толстые горизонтальные белыеи черные линии. Размытые зоны с переувлажненными грунтами в их основании такжесодержат чередующиеся толстые полосы, однако они не имеют правильнойгеометрической формы и напоминают «мерцающие полосы».

В подтверждение изложенногоинтересные работы были проведены в 2001 г. по договору с Департаментомдорожного хозяйства администрации Вологодской области на участке автомобильнойдороги Тотьма - Нюксеница - Великий Устюг при пересечении ручья Пурный [20, 29]. В свое время здесь была уложена одна изпервых водопропускных труб прямоугольного сечения размером 3´3 м и длиной 46 м. Высота насыпи над трубойпревышала 12 м.

Основной причиной аварийногосостояния земляного полотна явилось попадание паводковых вод в тело земляногополотна снизу из-за нарушения сплошности водопропускной трубы. В свое времятруба была устроена из железобетонных мостовых свай с омоноличиванием стенокбетоном и устройством лотка из сборных железобетонных дорожных плит. В течениепоследних лет было зафиксировано два паводка с расходом воды выше расчетногозначения. В период этих паводков плиты подмыло и выбросило в водобойныйколодец. Лоток оказался ниже уровня боковых стенок грубы.

При обследовании трубы и былзафиксирован разрыв между стенками и лотком на величину провала лотка. Боковыестенки местами выкрошились и имели вертикальные трещины. В результате этогомежду сваями боковых стенок, а также между лотком и боковыми стенками водапросачивалась в подошву насыпи, что привело к вымыванию грунта из нижней частиземляного полотна.

В момент обследования правыйоткос насыпи был частично размыт. Откосы насыпи очень крутые и имеликоэффициент заложения меньше требуемого. На данном участке автомобильной дорогииз-за осадки земляного полотна была видна невооруженным глазом просадка напокрытии (рис. 28), а также на стыке покрытия с обочиной просматриваласьпромоина диаметром 30 см (рис. 29).

Рис. 28. Просадка покрытия над водопропускной трубой па участкеавтомобильной дороги Тотьма - Нюксеница - Великий Устюг

Рис. 29. Промоина на стыке покрытия с обочиной на участкеавтомобильной дороги Тотьма - Нюксеница - Великий Устюг

Промоина образовалась как из-завымывания и обрушения грунта в нижней части земляного полотна, так и из-занеобеспеченности поверхностного водоотвода, поскольку в результате осадки и снегоочисткис поверхности покрытия высотное положение бровки земляного полотна оказалосьвыше, чем у кромки проезжей части. Прикромочные лотки не работали, сброс водыиз лотков не обеспечивался, так как были разрушены перепады из-за размываоткосов насыпи. Визуальное обследование показало, что при толщинеасфальтобетонного покрытия, составляющей 18-20 см, глубина промоины достигла вее центре 60 см. Путем просмотра были установлены размеры промоины в продольноми поперечном направлении, которые составили соответственно 3,6 и 4,0 м.Проблему усугубляло и то, что по данному участку автомобильной дорогиосуществляли движение тяжелые автомобили - лесовозы.

Для обследования земляногополотна над водопропускной трубой был использован георадар ГП НИИ Приборостроенияим. В.В. Тихомирова и ООО «ЛОГИС» с антенным блоком АБ-150. Данный блок имелцентральную частоту 150 МГц, паспортную глубину зондирования 6-15 м,разрешающую способность 0,35 м и массу 20 кг.

Запись радарограмм проводиласьпри ручной буксировке антенного блока. Работы выполнялись в режиме «поперемещению» при диапазоне развертки 200 нс, количестве точек по глубине 510штук, количестве накапливаемых отчетов 8, диэлектрической проницаемости среды4,5. Замеры выполнялись в поперечном направлении как слева, так и справапараллельно оси трубы на расстоянии 20, 50, 100, 200, 250, 300 и 400 см отвнешней поверхности трубы. В продольном направлении сканирование выполнялось полевой и правой кромкам проезжей части и по оси дороги.

Земляное полотно было сложено изсуглинка пылеватого. В переувлажненных суглинистых грунтах глубина зондированияантенным блоком АБ-150 достигает всего лишь 5-6 м. Работы выполнялись летом присухих грунтах земляного полотна, когда влажность суглинка в теле насыпи быламинимальной. Тем не менее, предпринятые попытки увеличить глубину зондированиядо 10-12 м путем усиления сигнала привели к тому, что до глубины 5-6 м сигналбыл хороший, получена полная информация, а глубже были различимы толькопустоты.

После обработки и интерпретацииполученных радарограмм были построены разрезы состояния земляного полотна надводопропускной трубой вертикальной плоскостью в продольном и поперечномнаправлениях, а также горизонтальной плоскостью. При этом программа «Geoscan», позволяет просмотреть разрезы любой изперечисленных плоскостей при любом шаге, а также построить пространственныекартинки с вертикальными и горизонтальными разрезами, расположенными наразличных расстояниях от бровки земляного полотна и оси трубы или отповерхности покрытия (рис. 30).

Рис. 30. Пространственное изображение размытой зоны спереувлажненным основанием и промоинами на участке автомобильной дороги Тотьма- Нюксеница - Великий Устюг

По результатам работ былоустановлено:

• большая размытая зона спереувлажненным основанием находится под правой полосой движения и имеетследующие максимальные размеры: ширина 3 м, длина 6 м и глубина до 5 м отповерхности покрытия;

• малая размытая зона спереувлажненным основанием находится также под правой полосой движения и имеетдлину 3 м, ширину 4 м и глубину до 1,4 м от поверхности покрытия;

• пять узких и глубокихцилиндрических промоин, по которым вода просачивается в основание земляногополотна из вышеуказанных зон переувлажненного грунта. Диаметр промоин от 0,6 до1,3 м.

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

Таким образом, неразрушающими(бурение не выполнялось), экологически чистыми методами в течение одной рабочейсмены двумя операторами было выполнено сканирование участка и около неделизатрачено на обработку и интерпретацию радарограмм. Результаты этих работпозволили получить качественные (внутренние дефекты земляного полотна) иколичественные (месторасположение) оценки состояния земляного полотна.

По результатам обследованийправая полоса движения была закрыта для проезда автомобилей, были разработанырекомендации по ремонту земляного полотна и водопропускной трубы: в нижнейчасти ремонт боковых стенок, обеспечение сплошности между полом и стенкамиводопропускной трубы, укрепление откосов у входного оголовка трубы.

Относительно верхней частиземляного полотна было предложено провести разборку дорожной одежды, удалитьгрунт земляного полотна на глубину 5 м, провести нагнетание в имеющиесяцилиндрические промоины раствора песка, укрепленного цементом. Спланироватьверхнюю поверхность земляного полезна с поперечным уклоном 3% от оси к откосами тщательно укрепить.

Затем следует уложить прослойкудренирующего материала толщиной 50 см, которая позволит отводить воду изземляного полотна и осушать вышележащие слои. На дренирующий слой рекомендованопослойно отсыпать и уплотнить суглинистый слой до проектной отметки собязательным устройством георешеток в верхних слоях суглинка (20-40 см),которые позволят гарантировать устойчивость слоя суглинка и предотвращение егоразмыва. Поверхность суглинистого слоя должна иметь поперечный уклон 3 % (приневозможности укладки георешеток можно уложить слой гидроизоляционногоматериала), а после этого можно устроить дорожную одежду.

Откосы насыпи следует довести дотребуемого заложения, а также укрепить геосетками с засевом трав.

Для обеспечения надежностидорожной конструкции следует в процессе эксплуатации следить за обеспечениемповерхностного стока, работой прикромочных лотков и быстротоков.

По указанным рекомендациям былипроведены ремонтные работы, которые подтвердили достоверность результатов,полученных георадарными методами. Отремонтированный участок автомобильнойдороги успешно эксплуатируется в настоящее время.

5.3. Мониторинговые наблюдения за участкамиавтомобильных дорог

Проблема поиска оптимальногоспособа ремонта, содержания транспортного сооружения или назначения комплексаэксплуатационных мероприятий часто упирается в отсутствие информации опроцессах, происходящих в его конструктивных элементах.

Известно, что в разные периодыгода (весна, лето, осень, зима) и на разных участках дороги (в выемке, высокихи низких насыпях, при различной ориентации по отношению к частям света и т.д.)изменяется не только воздействие автомобильных нагрузок, но и влияниеприродно-климатических факторов на дорожную конструкцию. При этом имеют местотак называемые расчетные периоды года (весна, осень) и ослабленные участкиавтомобильных дорог (например, участки дорог, находящиеся в пониженных местахместности и имеющие малую высоту насыпи или проходящие в выемке). Именно в этовремя и здесь наблюдается высокая влажность грунтов земляного полотна. В этомслучае прочность и плотность грунтов снижается, тем самым уменьшаетсясопротивляемость дорожных конструкций автомобильным нагрузкам.

В связи с изложенным, необходимымониторинговые наблюдения за внутренним состоянием дорожных конструкций,например, за изменением влажности и плотности грунтов, ходом инфильтрацииподземных вод, глубиной промерзания и оттаивания грунтов, наличием и поведениемлокальных ослаблений в теле земляного полотна и подстилающих грунтах. Этиданные будут востребованы, например, при проектировании ремонтных работ, атакже при назначении ограничений пропуска тяжелых автомобильных нагрузок впериод распутицы.

Многие из перечисленныхмониторинговых работ могут быть выполнены с применением георадарных технологий.

При мониторинговых работах наавтомобильных дорогах (научный руководитель д-р техн. наук А.М. Кулижников)были применены георадары серии «ОКО» с антенными блоками АБ-150, АБ-250, АБ-400и АБ-1200. При этом антенный блок АБ-1200 использовался для мониторингапокрытия и верхних слоев основания дорожной одежды, а антенные блоки АБ-150,АБ-250 и АБ-400 - для нижних слоев основания дорожной одежды, грунтов земляногополотна и подстилающего насыпь основания. Глубина зондирования при изменениичастоты антенн от 1200 до 150 МГц соответственно варьировала от 0,5 до 20 м приразрешающей способности от 0,01 до 0,35 м.

В зависимости от видамониторинговых работ назначалась и методика проведения работ [30].

Мониторинговые наблюдения завлажностью грунтов по протяженности автомобильной дороги. В этом случае чаще всего выполнялосьнепрерывное сканирование в продольном направлении. Длина непрерывнозаписываемого файла изменялась от 200 м до 2-3 км. При этом метками отмечалисьхарактерные участки автомобильных дорог, например, участки низких насыпей, границывыемок, места размещения водопропускных груб, дефекты на покрытии и т.д. Научастках, нуждающихся в детальном обследовании, выполнялось сканирование впоперечном направлении.

Рис. 31. График изменения влажности грунтов зенитного полотна по длинеучастка автомобильной дороги Москва - Санкт-Петербург, полученный порезультатам георадарного сканирования

Данного рода мониторинг былпроведен на магистрали М10 «Россия» на территории Тверской (рис. 31) иНовгородской областей. Известно, что с помощью георадаров с одноканальнымиантенными блоками можно определить влажность грунта в нескольких случаях:

• по радарограммам при известнойтолщине конструктивных слоев дорожной одежды и грунтов земляного полотна;

• через диэлектрическуюпроницаемость при наличии локальных объектов (водопропускных труб, инженерныхкоммуникаций) в основании или геле земляного полотна;

• при изменении расстояний междуприемной и передающей антеннами.

На 3-м неблагополучном участкеавтомобильной дороги Москва - Санкт-Петербург, проходящем по населенномупункту, были обнаружены очень часто расположенные локальные объекты (трубыподземных коммуникаций) на глубине около 1,5 м от поверхности покрытия, что ипозволило определить влажность грунтов рабочего слоя земляного полотна.

Влажность устанавливаласьследующим образом:

- по радарограмме сначалаопределялась диэлектрическая проницаемость среды, находящейся выше локальныхобъектов;

- исходя из диэлектрическойпроницаемости, определялась влажность грунтов (по массе) по зависимости Е= 3,2 + 1,1W;где Е - диэлектрическая проницаемость, W - влажность грунта (по массе).

Значения влажности, полученныесканированием, достаточно хорошо согласовались с результатами определениявлажности грунта параллельно выполненным термовесовым методом.

Результаты определения влажностис описанием меток приведены на графиках изменения влажности грунтов по длинеавтомобильной дороги (см. рис. 31). Точки на графике - участки дороги впродольном профиле, на которых определена влажность грунта. Анализ указанных графиковпозволяет заключить, что в местах повышенной влажности грунтов на покрытиизафиксированы просадки, колееобразование, трещины, выбоины.

Грунт земляного полотна иподстилающие грунты здесь сложены из супеси песчанистой пластичной, имеющейвлажность на границе текучести 21,8 %. Следовательно, на тех участках, гдевлажность грунта уже превышает 0,7Wт(15,3% по массе), необходимо проводить работы по ее снижению. Осенью 2003 г. напротяжении обследуемых 2,5 км было выявлено 5 участков дороги (общей протяженностью250 м), на которых влажность превысила 15,3%.

Интересные результаты былиполучены и в аэропорту «Домодедово» (рис. 32). В работе принимал участие канд.техн. наук Л.Б. Каменецкий. Построенная картограмма позволяет определитьучастки различной влажности песков как по глубине, так и по длине аэродромнойконструкции. Как показали исследования авторов обзорной информации, одной изосновных причин образования трещин на поверхности цементобетонных плит явилисьдренажи, уложенные не под стыками плит, а по их середине.

Рис. 32. Изменение влажности грунта под цементобетонным покрытиемна перроне аэропорта «Домодедово»:
1 - 12%; 2 - 9%; 3 - 6%; 4 -3%; 5 - 0%; 6 - нет данных

Мониторинговые наблюдения за изменением влажности грунтов нахарактерных участках в годичном цикле. Для наблюдений за дорожнымиконструкциями в годичном цикле выбирались наиболее характерные участкиавтомобильных дорог (насыпи в руководящих отметках, типичный для дороги грунтземляного полотна и подстилающего насыпь основания, наиболее частовстречающиеся условия увлажнения и т.д.), а также неблагополучные участки, гдеярко выражено разрушение дорожных конструкций без видимых на это причин.

Длина закрепленного участкасоставляла 20-50 м в продольном направлении на всю ширину земляного полотна.Записывались непрерывные файлы протяженностью 20-50 м при протягиваниигеорадара в продольном направлении по правой и левой кромке проезжей части и,если позволяли условия движения, по оси дороги. При буксировке георадара впоперечном направлении в характерных условиях эксплуатации запись выполняласьтолько в центральной части участка, в неблагоприятных - за несколько поперечныхпроходов георадара с заданным шагом через 2-5 м. В целях увеличения точностиинтерпретации перед началом мониторинговых работ на каждом участке выполнялосьодно контрольное бурение с отбором проб грунта.

На стадии интерпретацииопределялись следующие показатели: скорость прохождения и диэлектрическаяпроницаемость различных слоев, положение уровня грунтовых вод и граница промерзанияили оттаивания на дату выполнения измерений.

На участках, находящихся внеблагополучных условиях эксплуатации, определялось местонахождение зонпросадочных деформаций и разуплотненных грунтов, зон инфильтрации поверхностныхи грунтовых вод, зон неоднородных грунтов, положение кривой скольжения наоползневых участках, зон переувлажненных грунтов, карстовых деформаций ипромоин.

По результатам георадарнойсъемки в течение года можно определить изменение влажности грунтов, а также приизвестных материалах и толщине конструктивных слоев дорожной одежды рассчитатьмодуль упругости на поверхности конструкции; по положению уровня грунтовых водв разные периоды года дать заключение по работе поверхностного водоотвода идренажей и т.д.

Обследование конструкцийавтомобильной дороги М8 «Холмогоры» на территории Архангельской областивыполняли в период с августа 2001 г. по июнь 2003 г. В работе принимал участиеаспирант С.Н. Бурда (Архангельский ГТУ).

В ходе продолжительногонаблюдения за состоянием опытного участка автомобильной дороги М8 «Холмогоры»были определены изменения средней влажности грунта земляного полотна (песокмелкий) в течение года на основе достоверного определения диэлектрическойпроницаемости среды (табл. 8).

Таблица 8

Дата измерений

Средняя влажность песка мелкого, % по массе

28.04.2002 г.

7,7

28.08.2002 г.

4,6

27.10.2002 г.

9,4

Мониторинговыенаблюдения на закарстованных участках. Данные наблюдения проводились на участке автомобильной дороги М8«Холмогоры», проходящем по береговому склону в Виноградовском районеАрхангельской области. Большая часть территории данного участка (протяженность1,3 км) сложена из карбонатных пород, способствующих развитию карста. Опасенияработников Управления «Архангельскавтодор» были связаны с большим количествомпровальных поверхностных форм в пределах полосы отвода и их возможным влияниемна техническое состояние объекта.

Для определения изменений в элементахконструкции автомобильной дороги и геологическом строении прилегающей местностиисследования проводились в различные периоды года. Непрерывное георадарноепродольное сканирование выполняли на всем участке автомобильной дороги по обеимполосам движения и по границам полосы отвода, а также детальное сканирование поповерхности покрытия и обочин в поперечном направлении с шагом 2 м.

Полуторагодичный мониторингпозволил выявить ряд существенных аспектов, не подлежащих идентификациитрадиционными методами или идентифицируемые ими, но на последней стадии своегоразвития, когда события могут принять необратимый характер.

По результатам работ отмечен рядосновных выводов:

• в ходе мониторинга не удалосьобнаружить существенных изменений в геологической структуре участка за периоднаблюдений. Это говорит о стабильности карста и возможности дальнейшейбезаварийной эксплуатации объекта при соблюдении ряда эксплуатационныхрекомендаций;

• в основании насыпи былиобнаружены массивы известняка, а также участки, подверженные эрозии;

• в теле насыпи были обнаруженыподвижки грунта, зоны просадки грунта и зоны с пониженной плотностью материаланасыпи (рис. 33), подтвержденные бурением, проведенным на основе информации,полученной по результатам геофизического профилирования.

Рис. 33. Георадарный мониторинг за участком автомобильной дорогиМосква - Архангельск, выполненный 28.04.2002 г. (а) и 28.10.2002 г. (б)

В зонах просадки грунтазафиксирована аномалия скорости, которая авторами обзора интерпретирована какпустота. Причем это явление наблюдалось независимо от времени года. Размерыобнаруженных пустот имели площадь в плане до 4 м2 и глубину 0,3-0,8м. Было предложено эти пустоты заполнить песчано-цементным раствором. В целяхобеспечения остановки эрозии было рекомендовано восстановление системыпродольного и поперечного водоотвода, что значительно снизит вероятностьэрозии.

Мониторинговые наблюдения за ходом промерзания и оттаивания грунтов. Авторамиобзорной информации были выполнены георадарные работы на участках автомобильнойдороги Москва - Архангельск, где мониторинговые работы велись на 7 участках,находящихся в 3 административных районах Архангельской области. Расстояние отпервого участка до последнего составляло 250 км. Весной 2002 г. при одинаковыхсроках закрытия участков дорог было установлено, что на протяжении 250 кмглубина оттаивания дорожной конструкции изменяется от 0,9 м (северный участокдороги) до 1,6 м (южный участок дороги) от поверхности покрытия. Глубинаоттаивания, превысившая толщину рабочего слоя, позволяла заключить, что наюжном участке можно уже открывать движение транспортных средств, в то время какпо срокам движение должно было быть открыто через 1,5 недели.

Но глубинам промерзания или оттаивания грунтов, выявленным георадарнымиметодами, можно назначить сроки или определить правильность периода закрытияавтомобильной дороги. Более того, по глубине промерзания можно правильнооценить морозоустойчивость дорожной одежды.

При мониторинге автомобильных дорог георадарные технологии являются высокопроизводительными,экономически эффективными, выявляют истинные причины разрушений дорог и ни вкоей мере не оказывают неблагоприятного влияния на окружающую среду. Порезультатам мониторинговых работ назначаются эффективные виды ремонтных работ,которые повышают эксплуатационную надежность автомобильных дорог. Кроме того,выявив участки с повышенной влажностью грунтов земляного полотна, можно датьадресные рекомендации по обеспечению водоотвода и осушению грунтов земляногополотна. Мониторинговые работы позволяют уже сейчас оперативно управлятьсроками закрытия и открытия дорог, а также устанавливать ограничения нагрузок.

5.4. Разведка и оценка запасов дорожно-строительныхматериалов в карьерах

Первые работы были выполнены кафедройавтомобильных дорог Архангельского ГТУ в Вытегорском районе Вологодской областипо заданию АООТ «Вологодавтодор» [35,36,37].Эти работы показали, что при использовании георадаров можно значительно снизитьколичество дорогостоящих буровых скважин и получить непрерывные геологическиеразрезы.

При выполнении работиспользуются георадары серии «ОКО» с антенными блоками АБ-150, АБ-250 и АБ-400.Первые две антенны предназначаются для оценки запасов полезной толщи, последняя- вскрышных работ. Гарантированная глубина зондирования при изменении частотыантенн от 400 до 150 МГц соответственно варьирует от 2 до 15 м при разрешающейспособности от 0,15 до 0,35 м. В пористых материалах (гравийно-песчаная смесь,валунно-галечниковая смесь, крупнообломочные грунты) глубина зондированияантенным блоком АБ-150 может достигать 30-50 м.

Летом 2002 г. георадарныеизыскания карьеров дорожно-строительных материалов проводились в Мурманскойобласти и Ямало-Ненецком автономном округе [38,39].

При работах в Мурманской областипо заданию Управления «Мурманскавтодор» оценивались запасы кондиционных песковдля содержания дорог в 4 ранее разведанных карьерах. Площадь карьеровизменялась от 2 до 8 га.

Перед выполнением работпроизводилась рекогносцировка и в плане определялись границы карьера. Далеевыполнялась разбивка параллельных и перпендикулярных им створов до границкарьера. Создавалась регулярная прямоугольная или квадратная сетка взависимости от формы карьера в плане. По створам выставлялись вешки, аповерхность земли на ширину 1 м по створам очищались от валежника для проходагеорадара. Затем проводилась геодезическая привязка створов и их нивелирование,что позволяло представлять в среде MapInfo поверхность карьера (рис. 34). Определялись высотные отметки в узлахсетки (точках пересечения створов). В режиме по «перемещению»осуществлялось протягивание георадара. Контроль за пройденным георадаромрасстоянием осуществлялся с помощью измерительного колеса, закрепленного заантенным блоком. Длина записываемых непрерывных радарограмм зависела от шагасетки и изменялась от 100 до 200 м. Шаг сетки варьировал от 50 до 75 м приплощади карьера 2 га и составлял 100 м при площади 8 га.

Рис. 34. Пространственное представление карьера с указанием номеровфайлов по проходам георадара

Для увязки результатов георадарных работ Государственным унитарнымпроектно-сметным предприятием Мурманской области (ГУ ПСП Мурманской области)выполнялось контрольное бурение из расчета 1-3 буровых скважины на карьер, чтоявно меньше, чем при традиционной технологии работ по оценке запасовдорожно-строительных материалов. При буровых работах производился отбор пробдля лабораторного анализа.

Радарограммы, полученные в полевых условиях, обрабатываются иинтерпретируются в камеральных условиях. При обработке удаляются регулярныепомехи, вычитается сигнал прямого прохождения, а также выполняются процедуры:обратная и полосовая фильтрации, синтез апертуры и выделение огибающей. Настадии интерпретации определятся границы слоев, положение уровня грунтовых вод(рис. 35).

Рис. 35. Радарограмма карьерного разреза с выделением кровли иподошвы слоев:
1 - кровля песка мелкого, серого, средней плотности, водонасыщенного,горизонтально слоистого; 2 - кровля песка крупного, средней плотности; 3 -кровля песка тонкого, серого, средней плотности; 4 - кровля песка среднейкрупности, средней плотности

По результатам работ определено положение кровли и подошвы полезнойтолщи, положение уровня грунтовых вод и объем полезной толщи и вскрыши.

При проведении работ в карьере «Песцовое» в Ямало-Ненецком автономномокруге по заданию ДОАО «ВНИПИгаздобыча» ОАО «Газпром» ставилась задачаопределить границы размещения песчаных материалов на местности и вечномерзлогогрунта, а также оценить запасы песка на участках уже разведанных по косвеннымпризнакам карьеров. Песок предназначался для отсыпки земляного полотнаавтомобильных дорог.

При разведке границ размещения полезной толщи оператор протягивалгеорадар по местности (длина непрерывного файла достигала 1 км) и понепрерывной радарограмме и характерным линиям синфазности на ней сообщалинженеру-геологу, на каком участке начинается переход от кондиционныхматериалов к пылеватым и наоборот, а также предварительно оценивал мощность полезнойтолщи и вскрыши (рис. 36).

Рис. 36. Разведка запасов дорожно-строительных материалов в карьере«Песцовое» (Ямало-Ненецкий автономный округ)

На участках уже разведанных по косвенным признакам карьеров, где допроведения георадарных работ были пробурены скважины по границам карьера в плане, протягивание георадараосуществлялось сначала от скважины к скважине по периметру карьера, а затем попересекающимся створам, проходящим по внутренней части карьера. Такаятехнология позволяла увязать результаты георадарных работе контрольнымбурением, тем самым свести погрешность георадарных работ на нет, а такжеопределить точные границы подошвы и кровли полезной толщи между буровымискважинами.

Результаты изысканий вМурманской области и Ямало-Ненецком автономном округе показали, чтопротягивание георадара с контактной антенной по кочковатой и неровнойповерхности существенно не сказывается на полученных результатах. При этомтолько увеличивается сигнал прямого прохождения.

Полевые работы (геодезическаяразбивка и геологические изыскания георадарами с минимумом бурения) поопределению запасов полезной толщи в карьере площадью 8 га могут быть выполненыза 3 смены группой из 4 человек.

По результатам работы вЯмало-Ненецком автономном округе установлено, что при записигрунтово-гидрогеологического разреза георадарами помимо кровли и подошвыполезной толщи на радарограммах очень хорошо просматривается границавечномерзлых грунтов (рис. 37, 38).

Рис. 37. Радарограмма одного из разрезов карьера «Песцовое»(Ямало-Ненецкий автономный округ) с четко выраженной границей вечномерзлыхгрунтов и нанесенной контрольной скважиной

Рис. 38. Радарограмма разреза карьера «Песцовое» (Ямало-Ненецкийавтономный округ) с четко выраженной границей вечномерзлых грунтов инанесенными контрольными скважинами:
1 - кровля песка мелкого; 2 - кровля мерзлого грунта; 3 - кровля супеси

Результаты работ подтвердили,что георадарные технологии могут быть использованы как для разведки карьеровдорожно-строительных материалов, так и для оценки запасов дорожно-строительныхматериалов в предварительно обнаруженных местах залегания полезной толщи.

Известен опыт применения методагеорадиолокации Санкт-Петербургским государственным горным институтом дляпоиска и разведки месторождений песка [40].Метод был апробирован на нескольких месторождениях песка в Ленинградскойобласти. Съемка осуществлялась посредством непрерывного перемещения антенныгеорадара «ЗОНД» по обследуемой поверхности со скоростью 1-5 км/ч. Шагзондирования изменялся от 5 до 30 см. В пресных водоемах и песках глубинностьизучения разреза достигала десятков метров, а на акваториях с повышеннойминерализацией воды и в разрезах, содержащих слои глины, глубинность резкосокращалась.

ЗАО «Технотавр» использовалогеорадар «ГРОТ» при определении перспективы разработки песчаного карьера врайоне пос. Дорошево Московской области [23].

При разведке и оценке запасовдорожно-строительных материалов георадарные технологии являются высокопроизводительными,неразрушающими, экономически эффективными и не оказывают неблагоприятноговоздействия на окружающую среду.

5.5. Изыскания трасс автомобильных дорог

Проектные организациигеологические и гидрогеологические изыскания по трассе проводят с традиционнымбурением, при этом грунтово-гидрогеологические разрезы на обычных участкахопределяются в скважинах через 300 м, а на трудных - несколько чаще.

Одной из первых организаций, котораяотошла от традиционной технологии, стало ГУ ПСП Мурманской области, котороеприменило георадарные технологии на участке спрямления автомобильной дороги«Кола» - Верхнетуломский - КПП «Лотта» общей протяженностью 9 км [41].

Условия Мурманской областиявляются одними из идеальных для применения георадаров, так как характеризуютсязалегающими в подстилающих слоях крупнообломочными и гравелистыми грунтами.Проектировщики этого предприятия заинтересовались в оценке возможностейвыполнения работ георадарами непосредственно в лесу, тем более что буровуюустановку сюда направить оказалось невозможным (из-за отсутствия подъездныхпутей), а бурение ручным буром, как показала практика, очень часто не приноситуспехов из-за включений в моренные грунты больших валунов.

Согласно заданию ГУ ПСПМурманской области необходимо было получить грунтово-гидрогеологический разрезв продольном направлении по оси трассы и в поперечном направлении на трудных погрунтово-гидрогеологическим условиям участках на ширину полосы отвода.

Работы выполнялись сотрудниками кафедры автомобильных дорогАрхангельского ГТУ (научный руководитель д-р техн. наук А.М. Кулижников) в июле2001 г. грунтовым радаром «ОКО» с антенным блоком АБ-400 [41].Радарограммы в продольном направлении записывались в среднем через 200 м, а впоперечном направлении фиксировались протяженностью около 50 м. Некоторыенебольшие по длине участки по оси трассы были обойдены стороной из-за большойкосогорности местности в поперечном направлении, наличия поверхностных вод, атакже присутствия больших камней с неровной поверхностью. Суммарная длина такихучастков не превысила 3% от общей протяженности трассы. Осуществлялась привязкаполученных радарограмм к прорытым шурфам и ранее пробуренным скважинам. Приобработке радарограмм осуществлялась послойная корректировка диэлектрическойпроницаемости с привязкой к известным разрезам, что позволяло избежать ошибок вопределении глубин при интерпретации [37,41].

Анализ полученных радарограмм показал следующее.

1. Определены непрерывные глубины заложения кровли и подошвыгеологических слоев и выявлено положение уровня грунтовых вод.

2. Толщина «мертвой зоны» (зоны, где преобладают параллельныеповерхности земли сигналы и на глубине которой трудно говорить о геологическомстроении) зависит от плотности контакта с поверхностью земли и изменяется от 20до 45 см.

3. Глубина зондирования составила 5,8-6,2 м с разрешающей способностью15 см.

4. При исследовании радарограмм в продольном направлении обнаруженыглубокие участки болот, не выявленные при традиционных изысканиях, так как вряде случаев зондировочные скважины были выполнены не в самых глубоких местах.

5. При анализе радарограмм в поперечном направлении предложенопроектировщикам на ряде участков сместить ось трассы. Причиной послужилизафиксированные на болотах участки с большой косогорностью минерального дна, атакже определение на некоторомрасстоянии от оси мест благоприятного проложения трассы по лучшимгрунтово-гидрогеологическим условиям.

6. Рассмотрение радарограмм впоперечном направлении, которые совпали в начале трассы с существующейавтомобильной дорогой, показало, что основание земляного полотна изсуглинистого грунта под действием автомобильной нагрузки стало иметь очертаниекорыта, в котором скапливаются грунтовые воды. Как правило, на таких участкахзафиксированы трещины на поверхности покрытия дорожной одежды.

7. Пыли определены параметры кривойскольжения (использовался антенный блок АБ-150), по которым можно оценитьустойчивость оползневого участка.

8. На болотистых участках нарадарограмме непосредственно в полевых условиях проявлялась сильно искаженнаякартина глубины заложения торфа, так как диэлектрическая проницаемость торфабыла зафиксирована в 10-20 раз выше, чем у грунтов.

На основе выполненных работ ивыявленных недостатков разработчиками прибора (ООО «ЛОГИС») былаусовершенствована конструкция измерительного колеса, ресурс которого былзначительно увеличен [42].По результатам работ была составлена программа, позволяющая учитывать отметкирельефа местности и трансформировать геологический разрез по высотной привязке.

К сожалению, изыскания былипроведены согласно заданию практически по традиционной технологии, отличающейсятолько применением сканирования грунтово-гидрогеологических условий георадарами.Но даже такая технология помогла устранить допущенные ошибки в проложениитрассы (рис. 39). Этих ошибок могло бы быть гораздо меньше. Для этогогрунтово-гидрогеологические изыскания должны быть выполнены в широкой полосеварьирования трассы. Выбор оптимального проложения трассы должен осуществлятьсяпо интегрированной пространственной модели рельефа, геологии и гидрогеологииместности с аналитическим обоснованием эффективных транспортных коридоров дляпоследующего многовариантного проектирования.

Рис. 39. Радарограмма поперечного разреза грунтового основания научастке реконструкции автомобильной дороги «Кола» - Верхпетуломский - КПП«Лотта»:
1 - кровля растительного слоя; 2 - торф; 3 - уровень грунтовых вод; 4 - кровлясупеси галечниковой пылеватой

В 2003 г. ГП «Росдорнии»применило георадарные технологии при изыскании участка подходов к мосту черезр. Проня в Рязанской области, в 2004 г. - при изысканиях для ремонта покрытияучастка автомобильной дороги М2 «Крым».

Следует отметить, что стоимостьизыскательских работ по предлагаемой технологии увеличивается незначительно, вто время как сокращение транспортно-эксплуатационных расходов будет в 20-30 разбольше. Предварительные расходы показали, что трасса, проложенная по лучшимгрунтово-гидрогеологическим условиям, будет эффективнее даже при ее удлинениина 13,5% по сравнению с кратчайшим направлением. При этом в расчетах не учтенаэкономия на сокращение затрат при ремонте автомобильной дороги в процессеэксплуатации.

5.6. Контроль качества выполняемых и выполненныхработ

В настоящее время разработана целая система контроля качества, вкоторой, к сожалению, до сих пор не нашлось места георадарным технологиям.Известно, что георадары позволяют определять толщины слоев существующейдорожной одежды и вновь уложенных слоев усиления покрытия, помогают выявлятьвнутреннее строение и состояние дорожных конструкций. При этом определяетсястепень уплотнения материалов, содержание воды в грунтах, местонахождениепромоин, переувлажненных грунтов, пути инфильтрации подземных вод,пространственное геометрическое очертание подошвы водоупоров и многое другое.

Принцип оценки степени уплотнения основан на изменении диэлектрическойпроницаемости материала или грунта. Так, например, диэлектрическаяпроницаемость воздуха 1, воды 81, каменного материала изменяется от 4 до 10.При разной степени уплотнения и влажности материалов можно замерятьдиэлектрическую проницаемость материала слоя, а по ее значению судить о степениего уплотнения. Чем меньше воздуха, тем выше диэлектрическая проницаемость инаоборот.

Результаты работ, выполненных влетний период 2002 г. с помощью георадара с антенным блоком АБ-1200 вЯрославской области [44,45],показали, что при проектной толщине слоя асфальтобетона 17 см на участкепротяженностью 800 м толщина слоя изменялась от 12 до 27 см. При этом попротяженности дороги четко установлены границы, где недостаточная толщина слоевоснования и покрытия, а где избыточная толщина этих слоев.

На рис. 40 приведены границыслоев дорожной одежды, отсканированные георадаром в поперечном направлении. Изрис. 40 следует, что толщины слоев дорожной одежды по различным направлениямдвижения различные. На рис. 41 приведены границы слоев дорожной одежды,полученные георадаром в продольном направлении на протяженности 500 м. Из рис.41 следует, что на тех участках, где недостаточная толщина слоя основания,толщина асфальтобетонного покрытия в процессе эксплуатации дороги былаувеличена за счет ремонтных работ. Невольно возникает вопрос, а что дешевле,выполнить основание до проектной толщины или обеспечивать несущую способностьдорожной одежды за счет чрезмерного увеличения толщины покрытия, не реагируя науменьшенную толщину основания? Конечно, дешевле увеличить толщину основания.

Рис. 40. Радарограмма поперечного разреза дорожной одежды на просп.Фрунзе в г. Ярославле:
1, 2 - соответственно правая и левая кромки полосы движения; 3 - кровля слоевасфальтобетона; 4 - кровля песчано-гравийной смеси; 5 - кровля песка мелкого

Рис. 41. Радарограмма продольного разреза дорожной одежды на просп.Фрунзе в г. Ярославле:
1 - кровля слоев асфальтобетона; 2 - кровля песчано-гравийной смеси; 3 - кровляпеска мелкого

В 2003 г. ГП «Росдорнии»участвовало в работах по контролю качества на 6 и 7 лотах кольцевойавтомобильной дороги по транспортному обходу г. Санкт-Петербурга. Порезультатам работ получены сведения по внутреннему строению дорожныхконструкций: толщинам конструктивных слоев дорожной одежды и грунтов земляногополотна, однородности и качеству уплотнения (наличие локальных отклонений)грунтов земляного полотна (рис. 42), а также размерам, монолитностиструецементных свай и посадке их на минеральное дно (рис. 43).

Рис. 42. Радарограмма продольного разреза земляного полотна на КАДв обход г. Санкт-Петербурга

Рис. 43. Радарограмма по контролю струецементных свай в основаниинасыпи на КАД в обход г. Санкт-Петербурга

Перспективы применениягеорадиолокационного метода для контроля качества дорожно-строительных работочень большие, при этом заинтересованность может быть как со стороны заказчика(внешний контроль), так и со стороны подрядчика (внутренний контроль) [43].

5.7. Обследование городских улиц и дорог

По заданию Департаментагородского хозяйства и Дорожного управления мэрии г. Ярославля в июле 2002 г.кафедрой автомобильных дорог Архангельского ГТУ (научный руководитель д-р техн.паук А.М. Кулижников) были проведены комплексные обследования городскихмагистралей: проспектов Фрунзе и Октября [44,45].

Были выполнены следующие видыработ:

• определены интенсивности исостав движения транспортных средств в начале и конце проспектов и па наиболееоживленных перекрестках;

• проведены георадарныеобследования состояния дорожной одежды, подстилающих грунтов, выявленыположения уровня грунтовых вод и размещение инженерных коммуникаций;

• оценена несущая способность дорожных конструкции по динамическомумодулю упругости и ровности покрытия (работы выполнялись проектной конторойАООТ «Вологодавтодор»);

• произведено контрольное бурение до глубины 3,0-3,2 м;

• осуществлен расчет дорожной одежды на существующие нагрузки иперспективные интенсивность и состав движения.

Проведение комплексных обследований было вызвано тем, что при усилениидорожных одежд путем устройства новых слоев асфальтобетонного покрытия на рядеучастков проспектов через 1-2 года вновь появлялись трещины на покрытии, и уруководителей дорожной службы г. Ярославля возникли сомнения в эффективностиусиления дорожных одежд новыми слоями асфальтобетона.

При обследовании проспектов использовались нетрадиционные для городскихусловий технологии, включающие георадарные работы. Применялись георадары серии«ОКО» с антенными блоками АБ-250 и АБ-1200. При этом антенный блок АБ-1200использовался для обследования покрытия и верхних слоев основания дорожнойодежды, а антенный блок АБ-250 - для нижних слоев основания дорожной одежды иподстилающих грунтов, выявления положения уровня грунтовых вод и месторазмещения подземных коммуникаций. Глубина зондирования при изменении рабочейчастоты прибора от 1200 до 250 МГц соответственно варьировалась от 1 до 10 мпри разрешающей способности от 0,01 до 0,25 м.

При обследовании магистралей возникли следующие трудности:

- сложность и опасность выполнения работ, особенно записи радарограмм впоперечном направлении при большой интенсивности движения и загруженностимагистралей;

- низкая производительность работ из-за быстрого перегрева двигателяавтомобиля в жаркую погоду при движении на пониженных передачах;

- большое количество помех, вызванных наличием инженерных коммуникаций,электрических и телефонных кабелей и т.д.

- большая зашумленностьпроспектов затрудняла переговоры оператора с метчиком, который двигался пообочине или разделительной полосе;

- необходимость закрытия полосыдвижения на участке дороги при проведении контрольного бурения;

- различия в конструкцияхдорожных одежд на протяжении небольших участков проспектов;

- отсутствие километровыхстолбов и трудности с привязкой к километражу;

- наличие большого количестваперекрестков с регулируемым и нерегулируемым движением.

Перечисленные проблемы решались следующимиспособами: работы выполнялись рано утром, начиная с 3 ч утра, и заканчивалисьдо обеда, что позволяло избежать большой интенсивности движения на дорогах иперегрева двигателя автомобиля. Для обеспечения безопасности выполнения работавтомобиль двигался по центральной из трех полосе и на заднюю стенку автомобилякрепились знаки объезда налево и направо. Съемки в поперечном направлениипроизводились рано утром, а при движении автомобилей проезд на период 1-2 минпрекращался. Работы выполнялись георадаром в режиме по «перемещению», чтопозволяло не останавливать запись файла при пропуске транспортных средств наперекрестках, при этом без перемещения георадара процесс записи неосуществлялся. Отсутствие километража компенсировалось привязкой к ситуации(пересечения, остановки, стоянки, номера домов, автозаправочные станции ит.д.).

Работы проводились на базеавтомобиля УАЗ при скорости 5-7 км/ч, что позволяло сканировать до 10 кмпродольного профиля юродских улиц за смену. При выполнении работ использовалосьрегистрирующее колесо, фиксирующее длину маршрута. Записывались непрерывныефайлы протяженностью 0,5 км в продольном направлении, а также длиной, равнойширине поперечника при ручной протяжке георадара в местах, требующих детальныхобследований в поперечном направлении. Отмечалось до 30 меток на одинфайл. Метки фиксировали ситуацию, привязку к зданиям и состояние покрытия.

Радарограммы, полученные в полевых условиях, обрабатывались иинтерпретировались в камеральных условиях. При обработке удалялись регулярныепомехи, вычитался сигнал прямого прохождения, а также выполнялись обратная иполосовая фильтрации, синтез апертуры и выделение огибающей. На стадииинтерпретации определялись границы слоев, положение уровня грунтовых вод,подземные коммуникации, зоны переувлажненных и неоднородных грунтов.

В течение двух недель в г. Ярославле было комплексно обследовано более30 км городских улиц. По результатам обследований определены толщины слоевдорожной одежды и земляного полотна, построены грунтово-литологическне разрезыс указанием инженерных коммуникаций и выявленных локальных зон переувлажненныхгрунтов (рис. 44, 45). Заказчику были сданы планы проспектов с нанесеннымимаршрутами прохода георадара, подземными коммуникациями, а также продольные ипоперечные грунтово-геологические разрезы с георадарной подложкой и без нее,результаты расчета перспективной интенсивности движения на различных участкахгородских проспектов, данные по ровности и модулям упругости на поверхностипокрытий, результаты расчетов работоспособных дорожных одежд.

Рис. 44. Продольный разрез дорожной одежды на просп. Фрунзе в г.Ярославле:
1 - кровля слоев асфальтобетона; 2 - кровля песчано-гравийной смеси; 3 - кровляпеска мелкого

Рис. 45. Поперечный разрез дорожной одежды па просп. Фрунзе в г.Ярославле:
1, 2 - соответственно правая и левая кромки полосы движения; 3 - кровля слоевасфальтобетона; 4 - кровля песчано-гравийной смеси; 5 - кровля песка мелкого

Один из примеров полученных результатов. Толщина слоя асфальтобетона научастке между двумя перекрестками (протяженность 800 м) изменялась от 12 до 27см, при проектном значении 17 см. Построенные продольные разрезы красноречивосвидетельствовали об участках, где недостаточная, а где избыточная толщинапокрытия и основания дорожной одежды. Выявлено несколько зон избыточнопереувлажненных грунтов там, где обнаружены в грунтовой среде протечки либо вводопроводе, либо в канализации.

В целях увеличения точности интерпретации выполнялось контрольноебурение с отбором проб грунта. Результаты бурений подтвердили данные радарнойсъемки и показали следующие результаты:

• толщина слоев асфальтобетонаизменяется от 15 до 30 см, а толщина песчано-гравийной смеси - от 12 до 18 см(только на одном участке составила 30 см), что говорит о недостаточной толщинебитумоминеральных и каменных материалов для обеспечения несущей способностидорожной одежды;

• уровень грунтовых вод в летнийпериод обнаружен па глубине от 1,1 до 1,8 м от поверхности покрытия, при этомпа двух участках бурения грунтовые воды даже летом находятся на глубинерабочего слоя;

• пучинистые грунты в скважинахобнаружены в рабочем слое на глубине 0,28-1,3 м от поверхности покрытия, чтоговорит о несоблюдении требований морозоустойчивости.

Результаты определения состава иинтенсивности движения на наиболее загруженных участках проспектов показали,что максимальная интенсивность движения наблюдается на просп. Фрунзе исоставляет 18,5 тыс. авт./сут, на просп. Октября больше и достигает 27,0 тыс.авт./сут. Количество тяжелых автомобилей (грузоподъемность более 8 т,автопоезда и автобусы) в составе движения зафиксировано пока еще не в большомколичестве: соответственно на просп. Фрунзе 10-15%, на просп. Октября 10-30%.

Результаты расчетов дорожныходежд по методике ОДН 218.046-01 насуществующие интенсивность и состав движения на различных участках проспектовпоказали, что ни одна из конструкций дорожных одежд не отвечает требованиям либопрочности по сдвигу в основании дорожной одежды и подстилающих грунтах, либотребованиям по морозоустойчивости.

Для различных участковпроспектов в зависимости от перспективной интенсивности и состава движения, атакже с учетом толщины слоев существующей дорожной одежды были рассчитаны ипредложены конструкции дорожных одежд. В этих конструкциях повышениесдвигоустойчивости было достигнуто рациональным конструированием изтрадиционных материалов (при этом требовалась полная замена дорожной конструкции)либо укладкой несдвигоустойчивых материалов в георешетки с основанием изгеотекстиля, либо укреплением несдвигоустойчивых грунтов малыми дозами цемента(в том и другом случае предусматривалась только частичная разборка существующейдорожной одежды). Среди предложенных решений было использование старогоасфальтобетона в виде измельченного трудноуплотняемого асфальтобетонногогранулята в основании дорожной одежды.

Сотрудниками ГП «Росдорнии», попросьбе одной из строительных фирм, летом 2001 г. было выполнено обследованиеучастка ул. Минской в г. Москве па предмет определения толщиныасфальтобетонного слоя, уложенного на цементобетон. Цель исследований -определение глубины фрезерования покрытия. На ул. Минской удалось достигнутьточности измерений 1 см. Минимальная толщина асфальтобетона оказалась равной 11см, поэтому была назначена толщина снимаемого слоя, равная 9 см. Таким образом,полученная информация способствовала в сжатые сроки и без дополнительных потерьвыполнению замены дефектного асфальтобетонного слоя без поднятия уровнябордюра, что сэкономило значительные средства.

Известен опыт применениягеорадара «ЗОНД» Санкт-Петербургским государственным горным институтом и ЗАО«Нева-Дорсервис» при обследовании городских улиц и дорог. Так, по результатамгеорадарного сканирования проезжей части ул. Боровая в г. Санкт-Петербургевыяснилось, что причиной деформаций покрытия дорожной одежды являетсяразуплотнение грунтов основания, связанное с инфильтрацией грунтовых вод втоннельный коллектор, проходящий под проезжей частью [22].По данным НПП «Нейво», при сравнении результатов бурения потрем скважинам сданными георадиолокационных обследований георадарами «ЗОНД» погрешностьсоставила по толщине слоя: асфальтобетона - 1-2 см, щебня - 1-6 см, песка - 1-5см, железобетонной плиты - 2 см.

Тюменской ГАСА проведены работыпо обследованию ул. Луначарского в г. Тюмени с помощью георадара «ОКО-M1» с антенными блоками АБ-1200 и АВ-400. Порезультатам обследований установлено, что толщина дорожной одежды значительно изменяетсяот одной кромки к другой, погрешность определения толщины покрытия составила,по данным исследователей, 5 %, слоев основания - 10 % [25].

ЗАО «Технотавр» использовалогеорадар «ГРОТ» при выполнении предпроектных изысканий для строительства в г.Москве, при изучении состояния грунтов в г. Люберцы, при обследовании подземныхкоммуникаций па ул. Свободы в г. Москве [26].

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Первые попытки обоснованияэффективности внедрения георадарных технологий в дорожное хозяйство были сделаныавторами обзорной информации в 1997 г. [46].

Для технико-экономического обоснованияприменения георадарного метода для обследования существующих автомобильныхдорог рассмотрим сравнение его с традиционным, т.е. буровым методом.

Известно, что количество скважинопределяется состоянием дороги и такими внешними факторами, как, например,грунтово-гидрогеологические условия. Допустим, что для обследования участкадороги протяженностью 5 км, например, в условиях Архангельской областинеобходимо 20 скважин средней глубиной 3 м. Суммарная глубина бурения составитпри этом 60 пог.м.

При георадарных обследованияхдостаточно на данный участок сделать всего 3 контрольных буровых скважины.

С учетом амортизационныхотчислений экономический эффект при проведении инженерно-геологическихизысканий с использованием георадара составит как минимум 22 тыс. р.на 1 км автомобильной дороги, при этом трудозатраты снижаются на 6,6чел.-ч, а достоверность инженерно-геологической информации повышается с 0,4 %(4 скважины на 1000 м) до 60-90% (непрерывный геологический разрез). При этомстоимость ремонтных работ уменьшается на 20-25 % за счет назначения эффективныхвидов работ дифференцированно по участкам автомобильной дороги.

При применении георадаров дляконтроля качества выполняемых работ появляются дополнительные затраты вразмере 2,1 тыс. р. на 1 км автомобильной дороги. В то же времяэкономический эффект за счет сокращения эксплуатационных затрат повысится какминимум на два-три порядка выше указанного значения. Можно, как и приинженерно-геологических изысканиях, рассчитывать на увеличение достоверности с0,5% (5 точек на 1000 м) до 60-90%.

Использование георадаровповышает производительность обследований и значительно снижает затраты на ихпроведение.

При применении георадаров дляоценки запасов дорожно-строительных материалов в карьерах экономический эффектдостигает 5,6 тыс. р. на 1 га карьера, достоверность увеличивается с 1 %(из расчета 5 точек на карьер) до 50 % (непрерывные пересекающиеся разрезы).

При применении георадаров дляизысканий трасс автомобильных дорог увеличиваются дополнительные затраты вразмере 2,1 тыс. р. на 1 км. Однако, проложив дорогу по лучшимгрунтово-гидрогеологическим условиям, предполагается достичь существенногоснижения эксплуатационных расходов (до 50%).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Георадары все больше и большеиспользуются в дорожном хозяйстве. Наряду с такими странами, как США, Канада,Франция, Германия, Швеция, Великобритания, Финляндия, Латвия, Эстония и другие,георадары успешно внедряются и в России.

Дорожники таких регионов России,как Архангельская, Вологодская, Ленинградская, Московская, Мурманская,Рязанская, Самарская, Тверская, Томская и Тюменская области. Республик Карелиии Коми, Ямало-Ненецкого автономного округа внедряют георадарные технологии поразличным назначениям. Это обследование существующих автомобильных дорог и городскихулиц, мониторинг на автомобильных дорогах, контроль качества выполняемых работ,изыскания новых направлений дорог и оценка запасов дорожно-строительныхматериалов в карьерах.

ГП «Росдорнии» провело сопоставительные испытания на 4 разных объектах,с 4 различными конструкциями георадаров. В испытаниях участвовали георадарысерии «ЗОНД», «ОКО», «ГРОТ» и «ДРЛ», с которыми работают специалисты из г.г.Москвы, Архангельска, Санкт-Петербурга и Жуковского. Испытания показалидостаточную достоверность и эффективность работы георадаров, так как результатыиспытаний оказались сопоставимы друге другом.

При применении георадаров для обследования автомобильных дорог игородских улиц удается выявить толщины конструктивных слоев дорожной одежды игрунтов земляного полотна, определить местоположение уровня грунтовых вод,оценить однородность материалов, определить в грунтах зоны локальных отклонений(пустоты, разуплотненные грунты) и пути инфильтрации подземных вод, получитьпространственное очертание границ слоев и т.д. При обследовании городских улицдополнительно можно выявить месторасположение подземных инженерных коммуникацийи места протечек в трубопроводах.

При проведении мониторинговых работ фиксируется изменение состояниягрунтов земляного полотна и подстилающих грунтов, колебания их влажности вгодичном цикле. Прослеживается ход промерзания и оттаивания грунтов,оценивается толщина льда в районе ледовых переправ на зимниках, а такжевыявляется время и место инфильтрации подземных вод.

При выполнении работ по оценке и разведке запасов дорожно-строительныхматериалов в карьерах предоставляется возможность определить границы размещенияв грунтовом пространстве кондиционных материалов, оценить толщину вскрыши имощность полезной толщи, а также определить глубину залегания грунтовых вод.

При проведении изысканий можно проложить трассу по благоприятнымгрунтово-гидрогеологическим условиям, определить местоположение кривойскольжения на оползневых склонах, оценить геометрию дна водотока в местемостового перехода и т.д.

При контроле качествавыполняемых и выполненных работ появляется возможность проследить зауплотнением материалов и грунтов, проконтролировать толщину уложенных слоевдорожной одежды, выявить места возможной осадки грунтов, а также проследить заобъемами скрытых работ.

Следует помнить, чтогеофизические, георадарные методы нуждаются в контрольном бурении, котороепозволяет избежать ошибок при определении глубин заложения материалов игрунтов.

Технико-экономические расчеты показывают,что высокопроизводительные, неразрушающие и экологически чистые георадарныетехнологии позволяют существенно понизить строительные и эксплуатационныерасходы, в то же время значительно повышается надежность дорожных сооружений засчет увеличения достоверности исходной геологической информации.

По мнению авторов обзорнойинформации, настало время, когда георадарные работы могут включаться в каждыйпроект строительства, реконструкции и ремонта автомобильных дорог.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Георадары, дороги-2002: МатериалыМеждунар. науч.-практ. конф. / Под ред. А.М. Кулижникова. - Архангельск: Изд-воАГТУ, 2002.-94 с.

2.Георадары, дороги-2000: Материалы Междунар. науч.-техн. семинара / Под ред.А.М. Кулижникова. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2000.- 104 с.

3.Георадарные технологии. Решение Международной научно-практической конференции// Автомоб. дороги. - 2003. - № 3. С. 15.

4.Кулижников A.M., Шабашова М.А. Георадары в дорожномстроительстве. - М. 2000. - 52 с. - (Автомоб. дороги: Обзорн. информ./ Информавтодор;Вып. 2).

5.Георадар-2002: Тез. докл. науч.-практ. конф. - М.: МГУ, 2002. - 50 с.

6. Разведкаи охрана недр. - 2001. - № 3. - 58 с.

7. Lenngren С.A., Bergstrum J., Ersson В. UsingGround Penetrating Radar for Assessing Highway Pavement Thickness. - SPIE Vol.4129: Subsurface Sensing Technologies and Applications II, Texas A&M Univ.- San Diego, 2000.

8. Charlton M. Small scale soil-moisture variabilityestimated using ground penetrating radar: Extended Abstract // GPR 2000.-Australia, 2000.

9. МакеечеваИ.В. Дорожный рентген. Георадиолокационные исследования при дорожномстроительстве и диагностике состояния дорог // Строит. техника и технологии. -2001. - № 5. - С. 38-39.

10. Evaluation de systemes radar pour controllerPepaisseur des couches de chaussees / Simonn J.-M. // Bulletin des laboratoriesdes Ponts et Chaussees. - 2002. - № 238, mai-juin. - P. 51 -59.

11.Георадары в дорожном строительстве: Тем. подборка / Информавтодор. - М., 2003.- 72 с.

12. Zertorungsfreie Untersuchungen von Asphaltbelagenmit Georadar / J.Hugenschmidt, M.N.Parti // Bitumen. - 1999. - № 4. -S.125-130.

13.Comparison of laboratory and simulated data for radar image interpretation /CColla, C.D.Burnside, M.R.Clark, K.J.Broughton, M.C. Forde // NDT&EInternational. - 1998. - Vol. 3 I. - № 6. - P. 439-444.

14.Eisenbahningenieur. - 2000. - № 6. - S. 58-59.

15.Saarenketo T. Using ground penetrating radar and dielectric probe measurementsin pavement density quality control // Paper Submitted for Presentation andPublication at the 1997 Annual Meeting of the Transportation Research BoardWashington.- 1996.-July.- P. 1-17.

16. Кулижников A.M.,Шабашова M.A. Использование георадаров вдорожной отрасли (по материалами семинара в Рованиеми) // Наука и техника вдор. отрасли. - 2000. - № 2. -С. 29-31.

17. Кулижников A.M.Георадарные технологии в проектах автомобильных дорог // Дороги России XXI века. -2003. - № 4.-С.70-72.

18. «Рентген» для магистралей / A.M. Кулижников, Н.Н. Ясюлевич, В.Л. Эсик, А.А. Уемлянин //Автомоб. дороги. - 1998. -№ 12.-С. 12-13.

19. Кулижников A.M. Вразведку с георадаром. О применении георадаров при диагностике автомобильныхдорог // Автомоб. дороги. - 2002.-№ 2.-С. 10-11.

20. Кулижников A.M.,Белозеров А.А. В разведку с георадаром. Выявление дефектов земляного полотнагеорадиолокационными методами // Автомоб. дороги. - 2002. -№4.-С. 46-47.

21. Кулижников A.M.,Белозеров А.А., Бурда С.П. Назначение ремонтных работ по результатамгеорадарных обследований // Дороги России XXI века. - 2003. - № 5. - С. 68-71.

22. Глазунов В.В., Ефимова Н.П., Бутенко Г.Г.Неразрушающий контроль и промеры конструктивных слоев дорожной одежды поданнымметода георадиолокации // Георадары, дороги-2000: Материалы Междунар.науч.-техн. семинара. -Архангельск: Изд-во АГТУ, 2000. - С. 50-55.

23. Сафонова Е.А. Опыт и перспективы использованиягеорадара «ГРОТ» для исследования состояния оснований автомобильных дорог доглубины 30 м // Георадары, дороги-2000: МатериалыМеждунар. науч.-техн. семинара. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2000. - С. 56-60.

24.Лукьянов С.П., Бойков В.Н., Черный И.А. Проблемы и пути совершенствованиягеорадарных методов контроля и диагностики состояния дорожной одеждыавтомобильных дорог // Георадары, дороги-2002: Материалы Междунар. науч.-практ.комф. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2002. - С. 50-65.

25.Применение георадаров при обследовании улиц Тюмени // Строит. вести. Тюмен.обл. - 2003. - № 2 (23).

26.Сафонова Г.А. Всевидящий «ГРОТ» // Автомоб. дороги. -2001.-№ 5.-С. 58-59.

27. Результатысовместного визуального и радарного наблюдения за состоянием покрытия иземляного полотна / В.Ю. Гладков, В.А. Кретов, С.В. Лаврухин, Н.А. Лушннков. -М., 2000. -С. 93-96. - (Тр. / Росдорнии).

28.Лаврухин С.В., Лушников П.А., Лушников П.А. Применение геолокатора приопределении состояния автомобильных дорог // Георадар-2002: Тез. докл.науч.-практ. конф. -М.: МГУ, 2002.

29.Применение георадаров для оценки устойчивости высоких насыпей в местахустройства водопропускных труб. - Архангельск, 2002. - 4 с. - (ИЛ/АрхангельскийЦНТИ; № 04-138-02).

30.Применение георадаров для мониторинговых наблюдений за участками автомобильныхдорог. - Архангельск, 2002. - 3 с. - (ИЛ/Архангельский ЦНТИ; № 04-135-02).

31.Кулижников A.M., Белозеров А.А., Бурда С.Н. Обнаружениедефектов в грунтах земляного полотна и подстилающего основания с помощьюгеорадарных технологий // Актуальные проблемы современного дорожногостроительства и хозяйства: Материалы Всерос. науч.-практ. конф. - Вологда:ВоГГУ, 2002.-С. 73-77.

32.Кулижников A.M. Георадарные технологии в дорожной отрасли// Автотранспортный комплекс. Проблемы и перспективы развития: Тез. докл.Междунар. науч.-практ. конф. - М.: МАДИ (ТУ). 2000.-С 215-253.

33.Лушников Н.А., Лаврухин С.В. Метод радиолокационного контроля состояниядорожных одежд и земляного полотна. - М., 1998. - С. 101-104. - (Тр./Росдорнии;Вып. 9).

34.Лушников Н.А. Перспективы развития неразрушающих методов обследованияавтомобильных дорог // Дороги России XXIвека. - 2003. - № 5. - С. 65-67.

35.Кулижников A.M., Бурда С.Н. Оценка запасовдорожно-строительных материалов в карьерах // Перспективы освоенияминерально-сырьевой базы Арханг. обл.: Сб. науч. тр. Междунар. науч.-практ.конф. - Архангельск, Изд-во АГТУ, 2002.-С. 106-110.

36.Кулижников A.M., Бурда С.Н. В разведку с георадаром. Оценказапасов дорожно-строительных материалов в карьерах // Автомоб. дороги. - 2002.- № 3. - С. 70-71.

37.Кулижников A.M., Белозеров А.А., Кулижников Д.А. Сбор иобработка геологической и гидрогеологической информации, полученной грунтовымигеорадарами // Автоматизир. технологии изысканий и проектирования.-2002.-№4-5.-С. 136-138.

38.Кулижников A.M., Бурда С.Н., Белозеров А.А. Разведка иоценка запасов дорожно-строительных материалов с применением георадаров // Автоматизир.технологии изысканий и проектирования.-2003. -№ 11.-С. 26-27.

39.Кулижников A.M. Методика грунтовых гидрогеологическихизысканий георадарными методами в условиях вечной мерзлоты // Дор.-трансп.комплекс, экономика, экология, стр-во и архитектура: Материалы Междунар.науч.-практ. конф. Кн. 2. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2003. - С. 22-24.

40.Глазунов В.В., Ефимова Н.Н., Никифоров А.В. Применение метода георадиолокациидля поиска и разведки месторождений песка // Георадары, дороги-2000: МатериалыМеждунар. науч.-техн. семинара. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2000.-С. 18-23.

41.Кулижников A.M. В разведку с георадаром.Грунтово-гидрогеологические изыскания трасс автомобильных дорог сиспользованием георадаров //Автомоб. дороги. - 2002. - № 5. -С. 72-73.

42. ПомозовВ.В., Семейкин Н.П. Георадар как универсальный поисковый прибор // Спец.техника. - 2001. - № 2.

43.Кулижников А., Лушников Н. Почему буксует георадарный контроль? // Автомоб.дороги. - 2003. - № 9. - С. 16-17.

44.Обследование дорожных конструкций городских магистралей георадиолокационнымиметодами / A.M. Кулижников, С.Н. Бурда, А.А. Белозеров идр. // Автоматизир. технологии изысканий и проектирования. - 2003. - № 9-10. -С. 72-73.

45.Кулижников A.M., Белозеров А.А., Бурда С.Н. Применениегеорадаров для выявления причин разрушений улично-дорожной сети // V Московская междунар. выставка. Доркомэкспо2003. Дор. и коммун, хоз-во: Сб. тез. и докл. -М., 2003. -С. 125-126.

46.Кулижников A.M. Путь к рациональному использованиюинвестиций в дорожное строительство // Наука и техника в дор. отрасли.- 1997.-№ 1. - С. 21-22.

3 445
Мне нравится
Комментировать Добавить в закладки

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи.

Пожалуйста зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.