The methodic and technology of the motorway surveying using GPR with antennas AB – 400 (400 MHz) and AB – 1200 (1200 MHz) have been worked out in the report. The results of the investigations of the motorway “Kola – Verhnetulomsky – State boundary” in the Murmansk region, “Moscow - Arkhangelsk” in the Arkhangelsk region and “Vilgort - Ezhva” in Komi Republic are demonstrated. On the basis of the radargrams the causes of the deformations of the road surfacing have been examined. The recommendations on repairing the road elements are given.
В настоящее время георадары используются при эксплуатации автомобильных дорог для установления толщины конструктивных слоев дорожной одежды и мощности грунтов земляного полотна и подстилающего основания, пространственного расположения подошвы геологических слоев и уровня грунтовых вод (УГВ); определения толщины льда на зимниках, глубины промерзания дорожных конструкций; оценки устойчивости грунтов на оползневых участках, влажности грунтов, состояния бетонных конструкций и т.д.
Одной из главных потребностей в георадарах является обследование существующих автомобильных дорог, позволяющее на основе данных испытаний принять решение о выборе эффективных видов ремонтных работ. Особенностями применения георадаров в этом случае является возможность быстрого получение длинных и непрерывных профилей волнового изображения грунтово-гидрогеологического разреза в продольном направлении, а также на трудных участках и в поперечном направлении.
Кафедра автомобильных дорог Архангельского государственного технического университета ведет обследование автомобильных дорог георадарами с 1998 года. В летний период 2000 г. сотрудниками кафедры (Кулижников А.М., Шабашева М.А., Нестеров А.П., Горлов Д.Е., Кулижников Д.А.) совместно с ООО «ЛОГИС» (Минаев О.В.) были выполнены обследования по 15 км автомобильных дорог на территориях Архангельской (дорога Москва-Архангельск) и Мурманской (дорога Кола-Верхнетуломский-Госграница) областей, Республики Коми (дорога Вильгорт-Эжва).
Перед выполнением работ изучалась вся имеющаяся документация по обследуемой дороге (рабочие проекты, продольные профили участков дороги, результаты определения ровности, коэффициента сцепления и модулей упругости на поверхности покрытия и т.д.). Выбирался тип антенн в зависимости от решаемых задач. Проводилось контрольное бурение из расчета 3 - 4 скважины на 15 км автомобильной дороги с определением толщины слоев дорожной конструкции и отбором проб грунта. По отобранным пробам определялась фактическая влажность грунта. Назначался маршрут движения.
Работы выполнялись на базе автомобилей «УАЗ» при скорости 2…5 км/ч. При проведении работ придерживались следующей технологии. Оператор при открытой задней двери держал штангу георадара, антенна которого находилась на поверхности покрытия, и, одновременно по экрану ноутбука следил за изменениями волновой картинки, фиксируемой георадаром. Записывались непрерывные файлы протяженностью 1 км в продольном направлении, а также при ручной протяжке георадара в местах сверочных контрольных бурений в поперечном направлении. Отмечалось до 30 меток на км. С помощью меток фиксииовалось ситуация и инженерные сооружения на дороге, техническое состояние покрытия. Работа выполнялась контактными (грунтовыми) георадарами с антенными блоками АБ-400 и АБ-1200 (отечественных георадаров «Гея» и «Зонд», сконструированных ГП НИИ Приборостроения им. В.В.Тихомирова и ООО «ЛОГИС» г. Жуковский), имеющими следующие технические характеристики, представленные в табл.1. Таблица 1
|
Характеристики оборудования |
АБ-400 |
АБ-1200 |
|
Частота антенны, МГц Глубина зондирования, м Разрешающая способность, м Масса комплекта, кг |
400 2,5…5,0 0,15 8,5 |
1200 0,5…1,5 0,05 3,75 |
В процессе выполнения работ нами были установлены следующие исходные параметры (см. табл. 2):
|
Установочные параметры |
АБ-400 |
АБ-1200 |
|
Диапазон развертки, нс Количество точек по глубинеКоличество реализаций в профилеКоличество накапливаемых отчетовДиэлектрическая проницаемость среды |
80 255 3750 16 4,5-5,5 |
50 255 5000 8 4,5-5,5 |
Отличительной особенностью проведения исследований в разных регионах было то, что зондирование в Архангельской области выполняли одновременно на одном автомобиле двумя георадарами с разными типами антенных блоков, в то время как в Мурманской области работы проводились последовательно сначала с одним антенным блоком АБ-1200, а затем с другим – АБ-400. В Республике Коми при работе использовали автомобиль только с одним антенным блоком АБ-400.
По результатам георадарных работ были получены достаточно хорошо читаемые волновые картинки по каждому километру обследуемых участков дорог. Предобработка и обработка записанных файлов выполнялась по программе «GeoScan» (разработчик программы ООО «ЛОГИС») на кафедре автомобильных дорог Архангельского государственного технического университета.
По результатам обследований установлено, что интерпретированные радарограммы, полученные в переувлажненных суглинистых грунтах Архангельской области и Республики Коми, менее наглядны и позволяют получить геологические разрезы на меньшую глубину, чем - снятые в крупнообломочных дренирующих грунтах Мурманской области.
Исследованиями выявлено внутреннее строение дорожных конструкций (геометрическое очертание подошвы и кровли грунтов земляного полотна и подстилающего основания, зоны морозного пучения и положение УГВ), определены причины разрушения покрытий автомобильных дорог.
Автомобильные дороги на основе интерпретированных радарограмм разбивались на 4 типа участков, характеризующихся условиями эксплуатации. Первый тип - очень плохие участки (грунтовые воды на глубине 0,5…1,0 м от поверхности покрытия, выемки или насыпи в нулевых отметках, застаиваются поверхностные воды). Второй - плохие (грунтовые воды на глубине 1,0…1,5 м от поверхности покрытия; низкие насыпи, застаиваются поверхностные воды). Третий - средние (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 - благоприятные (высокие насыпи, глубокое залегание грунтовых вод, поверхностный сток обеспечен). Результаты обследований в виде процентов участков дорог по протяженности с характерными условиями эксплуатации сведены в табл. 3.
Таблица 3
|
Условия эксплуатации участка дороги |
Мурманская область |
Коми Республика |
|
Очень плохие Плохие Средние Благоприятные |
43,0 27,0 15,7 14,3 |
30,4 29,7 9,2 30,7 |
По результатам обследований для очень плохих и плохих участков были намечены такие виды ремонтных работ, как понижение УГВ путем обеспечения поверхностного водоотвода (прочистка боковых и водоотводных канав, устройство дополнительных водоотводных канав, закладка подкюветных дренажей глубокого заложения, устройство дополнительных водопропускных труб); устройство поперечных дренажных прорезей и горизонтальных дрен; увеличение расстояния от поверхности покрытия до УГВ.
В целях дальнейшего совершенствования метода исследований выполненные полевые работы необходимо: проводить работы по всей ширине полосы движения георадарами с рупорными антеннами при скорости движения автотранспортного средства 50-60 км/час; использовать многоканальные антенны, перекрывающие за один проход всю ширину полосы движения; дальнейшее совершенствование программного обеспечения для определения толщины слоев с погрешностью не более 5 % от глубины зондирования.
Затраты на ремонтные работы после георадарных обследований уменьшаются не менее чем на 20…25 % при повышение эксплуатационной надежности автомобильных дорог.