Георадарное обследование взлетно-посадочных полос и подстилающих грунтов
При эксплуатации взлетно-посадочных полос, а также при проведении их реконструкции и ремонта возникает ряд вопросов, связанных с их строением. А именно: необходимо знать строение и состояние конструктивных слоев взлетно-посадочной полосы, наличие дефектов и неоднородностей в твердом покрытии и подстилающих грунтах. Представим круг решаемых задач.
1) определение количества и характера слоев твердого покрытия ВПП:
- состав твердого покрытия: асфальтобетон, цементобетон, армобетон, железобетон;
- характер армирования твердого покрытия: частота, глубина и однородность заложения арматуры;
- размеры плит: толщина, длина и ширина;
- крупные трещины или системы микротрещин;
- участки увлажненного твердого покрытия;
- стыки плит (сухие, увлажненные, разрушенные, неразрушенные);
- определение геологического строения грунтов: мощности и характер грунтов;
- определение положений уровня грунтовых вод;
- локализация участков с увлажненным или разуплотненным грунтом;
- места расположения подземных коммуникаций.
Решить эти и другие задачи может ГЕОФИЗИКА. А именно один из геофизических методов - георадиолокация.
Признанными достоинствами метода георадиолокации является: применение неразрушающих, бесконтактных способов получения информации, высокая технологичность и относительно низкая стоимость.
Использование современных геофизических технологий: новейших аппаратурных разработок, соответствующих методик и программного обеспечения, а так же привлечение данных бурения позволяет получать надежное решение поставленных задач.
Георадиолокация широко применяется в строительных и инженерно-геологических фирмах большинства высокоразвитых стран, таких как Россия, США, Канада, Швеция, Корея и др. Метод георадиолокации базируется на изучении поля высокочастотных электромагнитных волн (используются частоты от первых десятков МГц до первых единиц ГГц). В основе метода лежит различие горных пород по диэлектрической проницаемости. Излучаемый импульс, распространяясь в обследуемой среде или объекте, отражается от границ, на которых меняются электрические свойства - электропроводность и диэлектрическая проницаемость. Отраженный сигнал принимается приемной антенной, усиливается, преобразуется в цифровой вид и запоминается.
Преимуществом метода является высокая производительность и высокая детальность, как в плане, так и по глубине. Глубинность исследования составляет от первых десятков сантиметров до первых десятков метров. Георадары "ОКО" выпускаются серийно на предприятии, сертифицированном по международной системе качества ISO-9001, имеют гигиенический сертификат и сертификат соответствия.
Георадар имеет в своем составе антенный блок, в который входит приемная и передающая антенны, блок управления и устройство отображения - портативный компьютер или специализированный блок обработки, предназначенный для работы в сложных условиях (мороз, дождь, снег, яркое солнце, механическая вибрация). Для точной пространственной привязки профилей наблюдения используются датчики перемещения. На рис.1. показан рабочий момент георадарной съемки. Георадар укомплектован антенным блоком АБ-400 и датчиком перемещения.
В комплект георадара "ОКО" может входить до 9 сменных антенных блоков с различной центральной частотой излучения, определяющей глубинность исследования. В зависимости от поставленной задачи георадарных исследований выбираются соответствующие типы антенных блоков. Низкочастотные антенны используются для обнаружения или обследования объектов, располагающихся на глубинах до 10-30 м, в то время как высокочастотные антенны позволяют детально обследовать первые метры разреза.
В таблице 1 представлен перечень антенных блоков и некоторые характеристики.Таблица 1.
Антенные блоки | Центральная частота антенных блоков, МГц | Максимальная глубина зондирования*, м | Разрешающая способность по глубине, м |
АБД | 25-100 | 30 | 0,5-2,0 |
АБ-150 | 150 | 12 | 0,35 |
АБ-250 | 250 | 8 | 0,25 |
АБ-400 | 400 | 5 | 0,15 |
АБ-700 | 700 | 3 | 0,1 |
АБ-1200 | 1200 | 1,5 | 0,05 |
АБ-1700 | 1700 | 1 | 0,03 |
* - в условиях сухого песка.
Георадар "ОКО" отличается высокой производительностью. Максимальная скорость перемещения при сборе информации может достигать 20-30 км/час. Георадар "ОКО" и все входящие устройства проходят полный цикл приемосдаточных испытаний, включая климатические испытания в диапазоне температур от -20гр.С до +50гр.С и механические испытания - удары, вибрация, транспортная тряска.
Результаты обследований покрытия взлетно-посадочных полос (ВПП). 
Определение строения твердого покрытия ВПП
Рассмотрим пример изучения твердого покрытия взлетно-посадочной полосы (рис.2) Съемка проведена АБ-1700.
Результаты интерпретации показали, что покрытие имеет многослойное строение.
Верхняя часть полосы состоит из нескольких слоев асфальтобетона с включениями гальки и щебня.
Толщина асфальтобетона составляет 65-70 см.
Ниже асфальтобетона располагается неармированный цементобетон.
На участке длиной 6 м встречена вставка армированной цементобетонной плиты, верхняя граница которой не опускается ниже 50 см.
Рядом с ней регулярно проявляются пять дифрагированных волн, характерных для арматуры, но границ плиты, внутри которой могла быть заложена эта арматура, выделить не удалось.
Определение характера армирования твердого покрытия ВПП.
На действующей взлетно-посадочной полосе была получена радарограмма АБ-1700 (рис.3).
Результаты интерпретации полученных данных показали следующее:
- верхняя часть полосы сложена армобетонном;
- частота арматурной сетки составляет в среднем 40 см;
- глубина заложения арматуры неодинакова и меняется в интервале от 15 до 25 см;
- в центре участка выделяется полутораметровая вставка цементобетона с двумя слоями арматуры, заложенной с частотой порядка 17 см;
- нижележащие слои, слагающее твердое покрытие представлены асфальтобетоном.
Изучение строения твердого покрытия ВПП и подстилающих грунтов.
Радарограмма (рис.4) получена на действующем аэродроме антенным блоком с центральной частотой 1200 Мгц (АБ-1200).
Твердое покрытие представлено двумя слоями армобетона.
Первый слой арматуры располагается на глубине 20 см от поверхности ВПП, второй - на глубине 40 см.
Частота заложения арматуры составляет 50 см.
Профиль наблюдения проходил в непосредственной близости от пробуренной скважины, что позволило точно зная глубину границ в данной точке максимально достоверно определить электромагнитные параметры слоев и, соответственно, их мощности на всей площади исследования. Подстилающие грунты представлены (сверху вниз) щебнем, песком и суглинком. Контакт между армобетоном и щебнем проявляется слабо из-за "экранирующего" влияния арматуры. Граница между слоями щебня и песка слабо выражена из-за малой контрастности электрических свойств этих слоев. На глубинах 90 см проявляется граница между песком и суглинком, являющаяся контактом между искусственным и естественным грунтовым основанием.
Изучение строения и мощности конструктивных слоев искусственного покрытия ВПП
Радарограмма получена АБ-1700. Твердое покрытие представлено асфальтобетоном в верхней части и цементобетоном в нижней (см. рис.5).
Толщина асфальтобетона составляет около 60 см. Внутри асфальтобетона выделены границы между слоями асфальтобетона, накатанного в разное время. Цементобетон двухслойный. В нижнем слое четко выделяются плиты длиной 5 м. Граница между двумя слоями цементобетона слабовыражена в силу малой контрастности свойств. Подстилающие грунты представлены слоем песка, мощность которого изменяется от 25 до 40 см. Нижняя граница песка (желтая сплошная линия) является границей между насыпными и коренными грунтами, таким образом общая толщина конструкции в среднем составляет порядка 1,5 м.Типичные неоднородности, выделяемые в строении взлетно-посадочных полос.
Нарушения твердого покрытия.
Нарушения твердого покрытия (стыки между плитами, мелкие трещины) показаны на рис.6.
Бетон с фиброй (железной стружкой)
Взлетно-посадочная полоса, на которой получен данный пример (рис.7), выложена плитами размера 21х7.5 м. Вдоль оси с расстоянием в 15 м друг от друга находятся огни. Непосредственно над лампами и вокруг них наблюдаются вставки бетона с фиброй. Для метода георадиолокации такой бетон является помехой.
Области переувлажненных грунтов.
На отдельных участках встречаются области низкочастотных отражений. Вероятнее всего, это области обводнения твердого покрытия или вставки более пористого влагонасыщенного бетона (рис.8).
Локальные отражающие объекты
Фрагмент (рис.9) отвечает стыку плит рулежной дорожки с плитами взлетно-посадочной полосы. В плитах ВПП расстояние между прутами арматуры составляет 10-20 см, в плитах рулежной дорожки - около 50 см.
Кроме того, на радарограмме выделен объект, располагающийся на одной из границ разреза.
Такой отражающий эффект может быть вызван, например, трубой, являющейся частью дренажной системы ВПП.
Участки с разуплотненным грунтом.
Иногда встречаются участи с плохо прослеживающимися границами (рис.10).
Это связано либо с отсутствием четкой границы между различными слоями (постепенный литологический переход) либо с вторичной переработкой или разуплотнением грунта.
