ФЕДЕРАЛЬНОЕ ДОРОЖНОЕ АГЕНТСТВО МИНИСТЕРСТВА ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное унитарное предприятие «Информационный центр по автомобильным дорогам»

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОРАДАРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ДОРОЖНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Обзорная информация

Выпуск 2

Москва 2004

Выходит с 1971 г.                                                                                               7 выпусков в год

Содержание

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.

Это вторая обзорная информация, первая - была издана Информавтодором в 2000 г. (ОИ № 2 «Георадары в дорожном строительстве»). В настоящей публикации приведены новые данные о современных конструкциях георадаров и опыте их применения, а также представлены самые последние сведения по георадарным технологиям. Таким образом, материал, приведенный в обзорной информации, можно рассматривать как дополнение и развитие первой работы.

Все замечания, направленные па улучшение содержания данной работы, а также дополнительные материалы, неизвестные и неучтенные в ней, авторами будут приняты 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. На сегодняшний день обеспеченность автомобильными дорогами в России составляет 50%. Поэтому одной из главных задач остается развитие дорожной сети, а также сохранение и модернизация существующих дорог.

Для решения данной задачи необходимо знать внутреннее строение дорожных конструкций (реконструкция и ремонт дорог, контроль качества), грунтово-гидрогеологические условия территорий (изыскания трасс и новых направлений при реконструкции, карьеры дорожно-строительных материалов, оползневые и карстовые участки и т.д.), что достигается дорогостоящими разрушающими буровыми работами. В настоящее время начинают широко внедряться высокопроизводительные, неразрушающие и экологически чистые георадарные технологии. Они находят применение при обследовании автомобильных дорог, разведке и оценке запасов дорожно-строительных материалов в карьерах, контроле качества выполненных скрытых работ, грунтово-гидрогеологических изысканиях новых направлений дорог, обследовании оползневых участков и т.д.

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

Можно констатировать, что произошел переход от определения качественных характеристик обследуемых сред к установлению количественных характеристик, таких, как толщина и глубина заложения слоев, влажность грунтов и т.д. Разработана методическая база проведения обследований дорожных конструкций георадарами. Отечественные георадары показали, что не уступают своим зарубежным аналогам, а в ряде случаев превосходят их. Поэтому настало время перехода от экспериментальных работ к внедрению георадарных технологий в повседневную практику дорожного хозяйства.

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

2. НОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ГЕОРАДАРОВ И ОПЫТ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

2.1. Россия

Георадары серии «ОКО» НИИ Приборостроения им. В.В. Тихомирова и ООО «ЛОГИС» (г. Жуковский) для адаптации применительно к дорожной отрасли получили за последние 4 года конструктивное развитие по следующим направлениям [1]:

• применены новые высокопроизводительные АЦП, позволившие увеличить частоту зондирующих импульсов до 300-500 кГц;

• наряду с использованием интерфейса RS-232 введены более быстрые интерфейсы Ethernet и USB, которые позволили увеличить скорость перемещения георадара до 15-20 км/ч;

• увеличено до 65000 количество реализаций в одном файле, что позволяет выполнить непрерывное сканирование профиля длиной в несколько километров;

• внедрен усиленный датчик перемещения, позволяющий изменить свое положение в трех взаимно перпендикулярных плоскостях;

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

• разработан новый вариант унифицированного блока питания для антенн с Ni-Mh аккумуляторами, что позволяет оперативно производить замену блоков питания во время работы;

• для зарядки блоков питания применены зарядные устройства с микропроцессорным контролем процесса зарядки;

• введен дополнительный оптический преобразователь, позволяющий уменьшить длину интерфейсного оптического кабеля и передать сигнал на блок управления по более надежному оптическому кабелю;

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

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

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

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

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

Таблица 1

Основной отличительной чертой георадара «ЛОЗА» является высокий реальный потенциал зондирования (не ниже 120 дБ). По данным разработчиков, принятые технические решения, используемые в данной конструкции георадара, практически лишены помех, создаваемых аппаратурой, что позволяет оценить результаты сканирования непосредственно при съемке в полевых условиях. Данная конструкция георадара укомплектована дополнительным оборудованием, позволяющим проводить измерения в закрытых помещениях, а также осуществлять подводное зондирование по дну водоема, в том числе и морского.

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

Дорожный георадиолокатор «ДРЛ» разработан HTП «ТЕНЗОР» (г. Нижний Новгород) совместно с ГП «Росдорнии». Отличительной чертой данной конструкции георадара является воздушная (рупорная) антенна, которая поднята над поверхностью 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 земляного полотна. Глубина сканирования определяется центральной частотой антенного блока и 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

* По данным других авторов.

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

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

А100Д - резистивно нагруженные дипольные антенны для глубинного исследования слоистой структуры грунта с целью обнаружения потенциальных очагов экологических катастроф.

Предусмотрено дополнительное оснащение георадара антеннами А500Щ и А70Щ.

Георадар «Профиль 2М» ЗАО «ПИК ПРОГРЕСС» предназначен для контроля и диагностики состояния балластного слоя и земляного полотна (загрязненность, конфигурация, толщина), выявления неоднородности структуры и скрытых дефектов в грунте (наличие линз, пустот, обводненных зон), обнаружения границы 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 автономного источника постоянного тока напряжением 12 В. Основные параметры георадара:

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

Погрешность измерения толщины слоя, см..........6

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

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

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

Томский центр георадарных технологий представил на рынок опытный образец видеоимпульсного георадара, который имеет глубинность и разрешающую способность, по данным центра, в 2-3 раза выше по сравнению с известными георадарами. Назначение данного георадара: инженерно-геологические изыскания, контроль и диагностика состояния грунтовых сред, мониторинг оползневых 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

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

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

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

Информация представляется в реальном времени.

Радиолокатор для зондирования строительных конструкций РАСКАН-2 АО «ЦНИИРЭС» предназначен для выявления арматуры, неоднородностей и пустот в плитах перекрытия и стенах. Технические характеристики данного радиолокатора 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) использует комплекс, базирующийся на методе сверхширокополосного импульсного зондирования (СШП) [5]. Метод основан на синтезировании изображения структуры геологического разреза по отраженному сигналу при распространении электромагнитного импульса наносекундной длительности. Комплекс позволяет выявлять геологическую структуру на глубину более 100 м, точность определения глубины слоев 2-5 % от глубины зондирования. Состав комплекса:

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

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

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

Весь комплекс полевой аппаратуры питается от источника постоянного тока напряжением 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 подземной части моста на 116-м км автомобильной дороги Москва - Минск; аварийного участка метро между станциями «Лесная» и «Площадь мужества» в г. Санкт-Петербурге; подпорной стенки автомобильной дороги Адлер - Сочи; створа автодорожного моста через р. Надым; инженерно-геологических условий строительства внутригородской кольцевой магистрали в г. Москве (участок от Бережковского до Андреевского моста); автомобильных тоннелей на обходе г. Сочи и на автомобильной дороге Адлер - Красная Поляна и многих других объектах.

НТЦСМ применяет трехмерный радиолокатор подповерхностного зондирования «Дефектоскоп», который предназначается для обнаружения и распознавания различных объектов в твердых и жидких оптически непрозрачных средах [6]. Генератор зондирующих импульсов прибора формирует импульсы длительностью 0,25 нс, амплитудой 20 В, с частотой повторения 100 кГц. Выносной антенный блок содержит широкополосный ультразвуковой излучатель и два электромагнитных вибраторных излучателя типа «бабочка» - приемный и передающий. Технические характеристики радиолокационного 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 (50 Гц)

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 дорожных покрытий и взлетно-посадочных полос.

Наряду с отечественными георадарами к дорожном хозяйстве России широко применяют и зарубежные конструкции, например, Санкт-Петербургский горный институт - рижские георадары «ЗОНД», ЗАО «ПРИН» - американские георадары компании GSSI, ЗАО «Панатест» - канадские георадары компании Sensors & Software и т.д.

2.2. Латвии

Рижская компания Radar Systems, Inc. выпустила на рынок радар подповерхностного зондирования «ЗОНД-12С», который с помощью сменных антенных модулей обеспечивает возможность зондирования в диапазоне частот от 28 МГц до 2 ГГц. Технические характеристики георадара приведены в табл. 3.

Таблица 3

* Размеры зависят от частоты антенного блока

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

В перечне областей применения этих георадаров указано, что они используются для определения уровня грунтовых вод, глубины залегания коренных пород, степени загрязнения почв; в поиске минеральных ископаемых, зарытых в грунт кабелей, проводов, труб и т.п.; в обнаружении пещер и пустот, профилировании дна водоемов и рек; а также в гляциологии; археологии; судебной медицине; 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 перед проектированием капитального ремонта пути. Оптимальные результаты были достигнуты с применением антенны с частотой 750 МГц. Данная антенна обеспечила глубину зондирования до 3 м, что позволило определить толщину щебня, наличие зон увлажнения, мощность балластного слоя песка, границу глинистых грунтов тела насыпи.

2.3. Эстония

Технический дорожный центр Эстонии с 2000 г. применяет на базе микроавтобуса американский георадар с антенными блоками, работающими на частоте 100, 400 и 1200 МГц [1]. При этом георадар используется по двум направлениям: при оценке состояния дорожных одежд при содержании дорог; при контроле качества вновь построенных дорожных одежд. Техническим дорожный центр ежегодно выполняет около 10 проектов как на территории Эстонии, так и на территориях Швеции и Финляндии.

2.4. Швеции

Шведская национальная дорожная администрация применяет георадары для определения толщины покрытий. С помощью георадаров установлено, что покрытие имеет большой коэффициент вариации толщины. По результатам обследований, выполненных К. Леннгреном [1, 2, 7], сделан вывод о том, что если использовать традиционные методы отбора проб и данные по средней толщине покрытия, то будет недооценен необходимый слой усиления по сравнению с требуемым, определенным по данным георадарного сканирования.

Шведские дорожники проводят работы и по определению влажности грунтов земляного полотна [1, 2, 8]. Для проведения измерений используется система RAMAC/GPR МС 16, разработанная компанией MALA Geo Science АВ. Система оснащена блоками из 4 одинаковых антенн (4 передающих и 4 принимающих). Исследования выполнялись с антеннами, работающими на частоте 250, 500 и 800 МГц. Расстояние между антеннами изменялось от 0,15 до 4,0 м. Расстояние между измерениями по горизонтали составляло от 0,25 до 0,8 м в зависимости от используемого антенного блока. Скорость проведения измерений от 20 до 40 км/ч. По результатам георадарных обследований определялась диэлектрическая проницаемость грунтов, по которой 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 на участке длиной 10 км изменялась от 0,05 до 0,35%. Результаты лабораторного определения влажности грунтов вполне соответствовали результатам георадарного сканирования.

2.5. США

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

SIR-20 имеет скорость сбора данных до 800 измерений в секунду одной антенной, что позволяет добиться плотности в 4 измерения на каждые 10 см при скорости в 60 км/ч. Этот георадар предназначается для сканирования и отображения сложных схем городских коммуникаций со множеством объектов, размещающихся на разной глубине. Он применяется также для составления плана прокладки новых и ремонта существующих сооружений.

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

Таблица 4

* Плановые размеры.

Характеристики программного обеспечения георадара SIR-2000 следующие:

- режим регистрации данных непрерывный и точечный;

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

- усиление сигнала 100 дБ автоматическое или ручное перед оцифровкой;

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

- скорость передачи данных автоматическая или по выбору пользователя до 64 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 выбору пользователя от 5 до 2000 нс.

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

SIR-3000 - последняя разработка фирмы. Представляет собой высокопроизводительную одноканальную систему. К новым возможностям программного обеспечения относятся легкое построение трехмерных изображений, упрощенная процедура интеграции с данными GPS.

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

2.6. Канада

Канадские георадары типа Noggin Plus (табл. 5) предназначены для определения толщины конструктивных слоен дорожной одежды, однородности материалов, выявления пустот под дорожным покрытием, локализации впадин и подземных коммуникаций, определения толщины льда и снега и т.д.

Таблица 5

Работа выполняется с помощью сканирующей тележки, на которой крепится регистратор данных, дисплей, измеритель расстояния и аккумулятор.

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

При обследовании автомобильных и железных дорог используется георадар pulse ЕККО 1000 с антенным блоком, работающим на частоте 450 МГц. Антенна монтируется на транспортном средстве на высоте 0,15 см от сканируемой поверхности. Сканирование выполняется на скорости от 4-5 до 40 км/ч. Результаты показали, что сканирование до глубины 2 м можно проводить как при низкой, так и при высокой скоростях движения.

Специальная программа Auto Track обеспечивает автоматический анализ георадарных данных в непрерывном режиме, оценку глубины залегания слоев, а также максимальную глубину измерений на каждом участке.

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

- граница баласт - земляное полотно определяется четко;

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

2.7. Франция

Французская компания AUSCULT специализируется на проведении высокопроизводительных неразрушающих испытаний дорожных 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 толщины отдельных слоев дорожного покрытия, обнаружения аномалий (неоднородных материалов, наличия металлических включений, переувлажненных зон, промоин, нарушения сцепления между слоями) на максимальной глубине 0,8 м.

Георадары с частотой 500 МГц используются для определения месторазмещения 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 обнаружения дефектов и промоин на глубине до нескольких метров.

Компания AUSCULT разработала ряд программ, которые позволяют графически представлять результаты сканирования и вводить их в автодорожный банк данных.

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

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

2.8. Германии

Известен опыт применения георадаров на автомагистрали А2 в Швейцарии для оценки толщины покрытия и выявления причин повреждения покрытий на 4 мостах [11, 12]. По результатам работ установлено, что точность определения толщины покрытия зависит от состояния покрытия, качества измерений георадаром, а также затрат на обследование. Опыт показал, что расхождение результатов, полученных при испытании кернов, с измерениями, выполненными георадаром, составляет менее 2 см. Установлено, что для определения толщины покрытия целесообразно использовать высокочастотные антенны георадара, которые обеспечивают требуемую разрешающую способность и глубину зондирования. Для исследования внутренней структуры дорожной конструкции эффективно применять низкочастотные антенны. Одновременное использование различных антенн обеспечивает возможность решения полного комплекса задач при обследовании дорог.

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

Немецкая компания WIEBE применяет георадары преимущественно для обследования железнодорожных путей [14]. Используется американская измерительная система GSSI, SIR 10H (модифицированное исполнение). Измерительные частоты от 300 до 1000 МГц.

Средняя сменная производительность на железных дорогах достигает 100 км пути, 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) от головки рельс при разрешающей способности по вертикали от 3 до 30 см в зависимости от частоты антенны. На 1 м по горизонтали генерируется 7-10 отдельных импульсов при сканировании 4 профилей одновременно и 20-30 импульсов при сканировании одного профиля. Программное обеспечение GBM GeoRail Inspector и GBM GeoRail Explorer.

Георадарное сканирование производится по двум направлениям: грубая диагностика; контроль качества.

При грубой диагностике определяется размещение зон, которые пропитаны загрязнениями и отличаются повышенной влажностью. Анализ результатов сканирования машиной GAF 100 фиксируется в виде таблиц. Использование системы «GeoRail» позволяет анализировать отдельно состояние щебня и массива грунта с оценкой «сухое» или «влажное». Фиксируются сведения о смешанных зонах, морозозащитном слое, общей глубине проникания материалов слоев, проседании балласта и горизонтах загрязнения. Далее информация выводится на графическую индикацию параллельно с текущей радиолокационной записью. Вся информация, полученная с помощью радиолокационных записей, подвергается корреляции и представляется как анализ с оценками: «хорошая» - зеленый цвет, «средняя» - желтый цвет или «плохая» - красный цвет.

При проведении работ осуществляется обнаружение и документирование отдельных мест повреждений, например, щебеночных мешков и скоплений ила. Участки большой протяженности с сильным загрязнением и, возможно, с обусловленными этими нарушениями положения пути локализуются с точностью до метра по своему распространению, за счет чего обеспечивается высокая надежность ремонтных работ. Полученные результаты увязываются с результатами бурения (при шурфовании разведочных канав) и подвергаются калибровке. За счет такого подхода экономится до 40 % затрат на проведение буровых работ или конки разведочных канав.

При контроле качества скорость измерений составляет 30 км/ч для 2-3 одновременно снимаемых профилей. В планы компании входит решение задачи увеличения скорости сканирования до 100 км/ч при съемке только одного профиля и использования антенн новой конструкции. По результатам сканирования записывается радарограмма, по которой определяются границы слоев, щебеночные мешки, 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, оснащенный цифровыми системами диагностики высокой эффективности. Такой вагон позволяет выполнять георадарное сканирование на глубину до 4 м, определяет дефектные участки, измеряет толщину щебеночного слоя, микротрещины в бетоне и т.д. Программное обеспечение и радарограммы дают возможность создать объемное изображение всего обследуемого объекта.

2.9. Великобритании

Радары в Великобритании применяются с 1995 г. для инженерных и археологических работ, а также для исследований окружающей среды. Известен опыт компании UTSI Electronics, которая применила в 1999 г. радар «Grounrvue 2» для составления карт глубин торфа в Великобритании на площади 760 га. Для выполнения работ использовались антенные блоки, работающие на частоте от 30 до 100 МГц. Антенные блоки буксируются вездеходом. Продолжительность импульса сканирования 5 нс, скорость сканирования 20 скан./с при 256 точках на скан (одну реализацию). Максимальная скорость вездехода при измерениях 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. При диэлектрической проницаемости воды 81 диэлектрическая проницаемость влажного торфа достигала 75. Однако в целом трудности, связанные с влажной средой, оказались преодолимыми. Результаты изысканий наблюдались в реальном времени на экране портативного компьютера. Только на 3 участках общей протяженностью 370 м невозможно было определить нижние границы торфа. Глубина торфа здесь составила 8,4-11,2 м.

2.10. Финляндия

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

В 1992 г. в г. Рованиеми прошел международный семинар но использованию георадаров, что послужило новым толчком к широкому их внедрению в практику дорожного хозяйства. После чего на базе дорожной дирекции Лапландии была создана акционерная компания Roadscanners OY, которая занимается обследованием дорог в США, Швеции, Шотландии и Финляндии. Компания работает с американскими радарами. В то же время компанией выполняются теоретические и экспериментальные исследования по научному обоснованию применения георадаров. Одним из ведущих специалистов является Тимо Сааранкетто [15], организатор компании Roadscanners OY. Под его руководством решены такие вопросы, как зависимость диэлектрической проницаемости грунтов от влажности, плотности, температуры и частоты используемых антенн, влияние качества уплотнения асфальтобетонов на их диэлектрическую проницаемость, анализ состояния автомобильных дорог по результатам георадарных исследований и многие другие.

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

В работах [4, 16] был подробно рассмотрен опыт применения георадаров в Финляндии. Однако следует добавить, что в настоящее время в Финляндии каждая дорога, подлежащая ремонту или реконструкции, обследуется георадарами. И только после проведения изыскательских работ, включающих георадарные обследования, разрабатывается проектная документация.

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

В октябре 2002 г. ГП «Росдорнии» были организованы и проведены сравнительные испытания георадаров различных моделей с участием 4 организаций. Испытания проводились с целью выявления возможностей применяемых в России приборов и определения путей их использования для решения задач дорожного хозяйства. Для испытаний было выбрано 4 объекта, расположенных на территории Подмосковья и значительно различающихся геологическим строением. В исследованиях участвовали георадары «ЗОНД-12С», «ОКО-М1», «ГРОТ» и «ДРЛ-2». Все представленные георадары, кроме «ДРЛ-2», имели контактные антенны и буксировались оператором вручную. Георадар «ДРЛ-2» снабжен бесконтактной рупорной антенной, буксируемой автомобилем на специальной тележке. Работа с георадарами «ЗОНД-12С» и «ОКО-M1» также возможна при буксировке автомобилем.

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

Участок «Насыпь». Это участок строящейся дороги протяженностью 250 м, расположенной в районе г. Лобня. Нижняя часть земляного полотна состоит из суглинистого грунта, верхняя - из супесчаных и песчаных грунтов. На земляном полотне уложен слой уплотненного щебня толщиной 20-30 см. Поверхность щебеночного слоя ровная. Земляное полотно отсыпано на поверхность предварительно подготовленной заболоченной низины.

Участок «Озеро». Расположен на берегу озера, равнинный берег которого ступенью спускается к урезу воды. Дно озера и береговой уступ состоят из песчаных отложений и суглинков.

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

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

3.1. Методика проведении работ и анализ полученных результатов

Методика работ обеспечивала непрерывное георадиолокационное сканирование среды различными приборами. Перемещение всех приборов осуществлялось по одним и тем же линиям профилей. Местоположение профиля па каждом участке задавалось непосредственно перед измерениями. Георадарная съемка осуществлялась с использованием антенн, работающих па различных частотах. Так, георадар «ЗОНД-12С» был снабжен антеннами, работающими на частотах 300, 500, 900 и 2000 МГц, 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 выполнять измерения на глубину от 0,5 до 15 м. Частота зондирования и скорость движения прибора выбирались каждым участником работ индивидуально и обусловливались задачами работ на объекте, требуемой глубиной зондирования и детальностью изучения инженерно-геологического разреза.

Для топографической привязки георадарограмм вдоль линии профиля выставлялись пикеты, расстояние между которыми определялось с помощью мерной ленты. Скорость перемещения антенн вдоль линии профиля в зависимости от детальности paбот и особенностей применяемого прибора изменялась от 0,5 до 10 км/ч. В процессе проведения измерений, на линиях профилей, были пробурены калибровочные скважины глубиной по 5,5 м.

Участок «Насыпь». Задача георадиолокационного обследования на этом участке сводилась к изучению геологического строения насыпи и определению мощности слоев насыпных грунтов и щебня. Линия профиля длиной 250 м проложена вдоль насыпи по слою щебня на расстоянии 1,5 м от обочины дороги. Пикеты вдоль линии профиля были установлены через 50 м. Начальный пикет (ПК 0) расположен у развилки строящейся и действующей дорог, а последний пикет - ПК 25 - в низине, за водопропускной трубой. Средняя скорость перемещения контактных антенн вдоль линии профиля составила 2-4 км/ч, а бесконтактной антенны - 10 км/ч. Ровная поверхность слоя щебня создавала благоприятные условия для перемещения антенн георадаров 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» с антеннами 1000 и 900 МГц, отражают толщину слоя щебня и верхней части земляного полотна 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 насыпи вплоть до границы между песком и супесями, которая расположена на глубине приблизительно 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 разреза объекта «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 разреза объекта «Насыпь», полученная георадаром «ЗОНД-12», работающим на частоте 300 МГц

Рис. 3. Интерпретированная радарограмма продольного разреза объекта «Насыпь», полученная георадаром «ДРЛ», работающим на частоте 300 МГц

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

Интерпретация результатов проводилась по индивидуальным компьютерным программам, каждая из которых является неотъемлемой частью соответствующего георадарного комплекса, и выполнялась каждым участником испытаний самостоятельно. Программное обеспечение георадара «ЗОНД-12» позволяет совмещать результаты, полученные при измерениях па различных частотах.

Значения центральной частоты зондирующего импульса выписаны на линиях осей синфазности. Линии, на которых указаны две частоты, одинаково хорошо проявляются на георадарограммах, зарегистрированных на обеих частотах.

Идентификация грунтов и местоположение границ их залегания, показанные на радарограммах, определены по данным бурения. На инженерно-геологическом разрезе 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 21 на разрезе показана водопропускная труба, проходящая под дорогой. Эта труба отчетливо проявилась на георадарограмме в виде гиперболы.

Как видно из представленных рисунков, результаты, полученные с помощью большинства георадаров, схожи между собой. Несколько иная картина получена георадаром «ГРОТ».

Участок «Озеро». Целью исследований на этом участке являлось изучение геологического разреза и определение глубины залегания уровня грунтовых 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 проложили перпендикулярно береговой линии. Пикеты на линии профиля установлены через 20 м. Начальный пикет (ПК 0) расположен у самой границы воды, а последний (ПК 47) - на береговой террасе. Скорость перемещения антенн вдоль линии профиля составила примерно 2 км/ч для контактных антенн и 5 км/ч - для бесконтактной антенны.

На этом объекте зондирование среды с помощью радаров, перемещаемых по поверхности вручную, происходило непосредственно от уреза воды. Измерения георадаром «ДРЛ-2» выполняли от берегового уступа, поскольку данный прибор смонтирован на автомобиле, что не позволяло преодолеть этот уступ. При движении трех остальных приборов по уступу террасы (4-6 м) их антенны располагались под углом около 45° к горизонту, поэтому направление распространения зондирующих импульсов на этом интервале 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 свидетельствует о преобладании песчаных грунтов побережья.

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

Рис. 6. Полевая радарограмма продольного разреза объекта «Озеро», полученная георадаром «ЗОНД-12», работающим на частоте 500 МГц

Рис. 7. Интерпретированная радарограмма продольного разреза объекта «Озеро», полученная георадаром «ДРЛ», работающим на частоте 250 МГц

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

Георадарограммы в интервале глубин от 0 до 5 м отражают неоднородное строение верхней части разреза и уровень грунтовых вод. В интервале профиля от 0 до 20 м на георадарограммах четко проявляется граница между верхним неоднородным слоем и нижним однородным слоем, в котором затухают электромагнитные волны.

Результаты инженерно-геологической интерпретации георадарограмм представляются в виде схематического геологического разреза. При идентификации грунтов 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 в прибрежной части озера.

Участок «Дорога». Исследования на этом участке проводились с целью оценки возможности использования различных приборов при изучении дорожной одежды.

Съемка на этом участке выполнена антеннами, работающими на частотах 2000, 1000 и 900 МГц, а также широкополосным георадаром «ГРОТ».

Профиль длиной 43 м проложен вдоль обочины автомобильной дороги на расстоянии 1 м от кромки проезжей части. Пикеты на линии профиля установлены через 5 м. Скорость перемещения контактных антенн вдоль линии профиля составила около 2 км/ч, а бесконтактной антенны - 10 км/ч. Ровная поверхность асфальтобетона благоприятствовала перемещению контактных антенн георадара на всем протяжении профиля.

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

Рис. 9. Радарограмма продольного разреза объекта «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 продольного разреза объекта «Дорога», полученная георадаром «ЗОНД-12», работающим на частоте 900 МГц

Рис. 11. Интерпретированная радарограмма продольного разреза объекта «Дорога», полученная георадаром «ДРЛ», работающим на частоте 1000 МГц

Рис. 12. Интерпретированная радарограмма продольного 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 и влажность 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 250 и 300 МГц с помощью георадаров «ЗОНД-12», «ОКО-M1» и «ГРОТ». Георадар «ДРЛ-2» не участвовал в испытаниях на данном объекте. Исследуемый профиль длиной 46 м располагался по дну карьера. Пикеты на линии профиля были установлены через 10 м. Скорость перемещения антенн составила около 2 км/ч. Поверхность дна карьера плоская с незначительными неровностями, которые не осложняли работу с контактными антеннами георадаров.

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

Первичные результаты съемки представлены в виде георадарограмм, показанных на рис. 13, 14, 15. Анализ георадарограмм показывает, что зондирующий импульс распространяется на глубину более 5 м. Это явно указывает на значительную мощность оставшейся песчаной толщи на обследуемом участке.

Рис. 14. Полевая радарограмма продольного разреза объекта «Карьер», полученная георадаром «ЗОНД-12», работающим на частоте 300 МГц

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

Результаты инженерно-геологической интерпретации представлены в виде схематического геологического разреза. Для идентификации границ, показанных на геологическом разрезе, использовались данные бурения. Местоположение параметрической скважины и литологическая колонка по стволу скважины приведены на соответствующих георадарограммах. Геологический разрез карьера представлен слоями песка различного гранулометрического состава. При этом границы грунтов были обнаружены всеми конструкциями георадаров, участвовавших в испытаниях.

3.2. Выводы по результатам сопоставительных испытаний

Полученные результаты испытаний георадаров различных моделей свидетельствуют о том, что в принципе все приборы позволяют определять границы неоднородностей. Однако точность распознавания видов грунтов и их границ во многом определяется особенностями используемого при обработке данных программного обеспечения.

Анализ результатов испытаний позволил сделать следующие выводы.

• Испытания продемонстрировали высокую эффективность георадаров при решении широкого круга инженерно-геологических задач па различных объектах.

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

• Рупорная низкочастотная антенна обеспечивает меньшую глубину проникания зондирующих импульсов, чем контактные антенны.

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

• В процессе работы с георадарами необходимо закладывать не менее одной параметрической скважины на участок.

• Георадары с неэкранированными антеннами подвержены влиянию ЛЭП и движущимся транспортным средствам. Такие объекты вызывают появление на радарограммах ложных сигналов в виде гипербол.

4. НАПРАВЛЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОРАДАРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ДОРОЖНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Высокопроизводительные, экологически чистые, неразрушающие георадарные технологии начали широко внедряться в дорожное хозяйство с конца 90-х годов прошлого столетия и нашли свое применение при изысканиях и проектировании, строительстве, реконструкции, ремонте и содержании автомобильных дорог [17]. Георадары - это оборудование, которое позволяет определить внутреннее строение грунтовых сред в виде непрерывных грунтово-гидрогеологических разрезов на глубину (в зависимости от центральной частоты, на которой работает прибор) от 0,5 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 как производится только контрольное бурение.

При изысканиях и проектировании автомобильных дорог георадарные технологии позволяют изыскать грунтово-гидрогеологические условия местности; определить положение уровня грунтовых вод; оценить глубину водоема или реки в месте будущего мостового перехода и установить геометрические размеры дна русла; определить места размещения и размеры инженерных коммуникаций; разведать и оценить запасы полезной толщи материалов и грунтов в карьерах; оценить влияние автомобильных дорог на окружающую среду (например, при пересечении болот) и т.д.

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

При реконструкции и ремонте автомобильных дорог георадарные технологии позволяют обследовать существующие автомобильные дороги и выявить причины разрушений участков дорог; определить толщину старого покрытия автомобильной дороги под последующую регенерацию; оценить сплошность водопропускного сооружения по пути инфильтрации воды в грунте через стыки звеньев водопропускных труб.

При содержании автомобильных дорог с помощью георадаров можно определить несущую способность дорожных конструкций через толщины слоев и влажность грунтов земляного полотна; спрогнозировать положение кривых скольжения и возможное нарушение устойчивости откосов насыпей; оценить однородность грунта земляного полотна; выполнить мониторинговые наблюдения за поведением дорожных конструкций; оценить скорость промерзания и оттаивания земляного полотна в период распутицы и т.д.

Заслуживают внимания и возможности применения георадаров для решения вопросов охраны окружающей среды, к которым можно отнести оценку устойчивости оползневых склонов и эрозии почв, определение объемов загрязнения грунтов утечками из трубопроводов и битумохранилищ, а также целый ряд других решаемых задач.

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОРАДАРОВ В ДОРОЖНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

5.1. Обследование автомобильных дорог

Поддержание автомобильных дорог в работоспособном состоянии требует выполнения своевременных и эффективных видов ремонтных работ. По результатам диагностики получается полный спектр количественных характеристик участков автомобильных дорог: модуль упругости на поверхности дорожной конструкции, коэффициент сцепления, ровность покрытия и т.д. Однако они отражают только состояние поверхности конструкции, не отвечая на вопрос, а что же приводит к такому состоянию, что «болит внутри» дорожной конструкции.

Поэтому в настоящее время наиболее распространенными видами ремонтов являются расчистка водоотводных канав и наиболее часто применяемое усиление дорожных одежд. Усиление дорожных одежд - очень дорогостоящее мероприятие. Однако, как показали исследования авторов обзорной информации, все это дает только временный результат на 2-3 года, так как очень часто сама причина возникновения просадок и трещин не определена и дефекты вновь появляются на новом покрытии.

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

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

За последующие годы Архангельским ГТУ и ГП «Росдорнии» был накоплен большой опыт обследования дорожных сооружений. Всего обследовано более 700 км автомобильных дорог на территории таких субъектов Российской Федерации, как Архангельская, Ленинградская, Мурманская, Вологодская, Московская, Тверская, Рязанская, Новгородская области, Республика Коми, Ямало-Ненецкий автономный округ 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 на основе проведенных георадарных измерений. Так как одной из главных причин разрушения дорожных одежд как в центральной части, так и на северо-западе России является низкая несущая способность грунта земляного полотна и подстилающих 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 обследуемой дороге (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.). По заданной глубине зондирования выбирается тип антенн. В зависимости от поставленных задач проводится контрольное бурение из расчета 3-15 скважин на 15 км автомобильной дороги с определением толщины слоев дорожной конструкции и отбором проб грунта. По отобранным пробам определяется фактическая влажность грунта. Назначается маршрут движения. Работы выполнялись на базе автомобиля УАЗ при скорости 4-5 км/ч.

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

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

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

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

Таблица 6

Исследованиями выявлено внутреннее строение дорожных конструкций (геометрическое очертание подошвы и кровли грунтов земляного полотна и подстилающего основания, зоны разуплотненного грунта, зоны инфильтрации воды и положение уровня грунтовых вод (УГВ), определены причины разрушения покрытий автомобильных дорог.

Для назначения адресных ремонтных работ автомобильные дороги на основе полученных интерпретированных радарограмм классифицируются на 4 типа участков, характеризующихся состоянием и условиями эксплуатации. Как правило, условиям эксплуатации соответствует и состояние автомобильных дорог. Первый тип - очень плохие условия эксплуатации (грунтовые воды на глубине 0,5-1,0 м от поверхности покрытия, выемки или насыпи в нулевых отметках, застаиваются поверхностные воды, 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 или основание 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 залегание грунтовых вод, поверхностный сток обеспечен).

В 2000 г. были проведены сравнительные обследования участков автомобильных дорог одинаковой протяженности по 15 км. В Архангельской области обследовался 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 виде процентов участков дорог по протяженности с характерными условиями эксплуатации сведены в табл. 7.

Таблица 7

По результатам обследований для очень плохих и плохих участков были намечены эффективные виды ремонтных работ, дифференцированные по участкам дорог. Рекомендованы такие виды работ, как понижение УГВ путем обеспечения поверхностного водоотвода (прочистка, углубление боковых и водоотводных канав, устройство дополнительных водоотводных канав, закладка подкюветных и подобоченных дренажей мелкого и глубокого заложения, устройство дополнительных водопропускных труб); устройство в теле земляного полотна поперечных дренажных прорезей и горизонтальных дрен; увеличение расстояния 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 период наблюдались большие морозные деформации с последующим образованием трещин после усадки грунта [1, 20, 31]. Результаты проходов георадара в поперечном направлении и в продольном по двум полосам движения продемонстрировали, что в теле земляного полотна находятся очень неоднородные пучинистые грунты (рис. 16), такие как пылеватые песок, супесь и суглинок, а также глины, хаотично перемешанные как по высоте, так и по ширине земляного полотна. Толщина слоев из стабильных материалов на этих дорогах не превышает 40-50 см. В этом случае традиционное усиление дорожной одежды асфальтобетоном существенно не продлит сроки службы автомобильной дороги без «лечения» земляного полотна одним из ранее указанных методов.

Рис. 16. Радарограмма поперечного разреза дорожной конструкции, свидетельствующая о содержании неоднородных грунтов в теле земляного полотна на участке автомобильной дороги Архангельск - Малые Карелы - Белогорский

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

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

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

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

• плохие результаты получаются при работе с георадарами на засоленных грунтах 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 разрушений на 10 неблагополучных участках автомобильной дороги М10 «Россия». Георадарные обследования выполнялись двумя комплектами георадаров:

• рупорным радаром «ДРЛ» с воздушными антеннами частотой 1000 и 2000 МГц для 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 определения грунтово-гидрогеологических разрезов грунта земляного полотна и подстилающего полупространства.

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

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

Участок 1.

Краткое описание участка.

На протяжении участка земляное полотно проходит в насыпи высотой от 0,5 до 2,0 м (4 м на небольшом протяжении), наблюдаются частые поперечные и отдельные 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 состояния покрытия 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 позволяет заключить, что в основании насыпи находится суглинок легкий пылеватый. Высота насыпи из песка гравелистого, гравийного грунта и песка средней крупности изменяется от 1 до 2,0-2,2 м.

Анализ радарограмм дорожной одежды в продольном направлении свидетельствует, 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 выделить ширину по низу 0,6 м, канавы заросли травой, заложение откосов канав 1:1 и 1:0,5.

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

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

По материалам диагностики: оценка состояния покрытия 1-3 балла, коэффициент прочности 0,71-1,08, который на основной протяженности ниже требуемого; ровность 440-770 см/км, что на ряде участков превышает допустимое значение 540 см/км.

Анализ радарограмм по продольным проходам свидетельствует, что в основании насыпи находится супесь песчанистая, встречается супесь с прослойками торфа. Высота насыпи из песка мелкого варьируется от 0,8 до 2,0 м. УГВ зафиксирован на глубине от 0,6 до 1,2 м.

Анализ радарограмм дорожной одежды показывает, что толщина асфальтобетона 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 автомобильной дороги Москва - Санкт-Петербург

Анализ радарограмм в поперечном направлении позволил обнаружить, что толщина слоя асфальтобетона на ряде поперечников разная. Так, в начале участка толщина слоя асфальтобетона под центральной полосой движения на 5 см больше, чем под крайними полосами. В середине участка толщина слоя асфальтобетона под центральной полосой движения на 12 см больше чем под крайними полосами, более того, под центральной полосой движения ниже слоя асфальтобетона находится старое дорожное покрытие толщиной 10-15 см.

Участок 3.

Краткое описание участка.

В начале участка автомобильная дорога проходит через населенный пункт в низких насыпях средней высотой около 0,5 м. Три полосы движения, разделенные пунктирными линиями. На покрытии зафиксирована колея глубиной 4 см. Канавы заросли травой.

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

В целом на участке, проходящем по населенному пункту, боковые канавы заилились и заросли травой и кустарником; боковые канавы выполнены на основном протяжении дороги, прерываются только местами; с правой стороны нет ни одной водоотводной канавы, с левой стороны на двух примыканиях боковые канавы примыкающих дорог выполняют функцию водоотводных канав; насыпь преимущественно проходит в нулевых отметках; на левой полосе движения колея от спаренных колес глубиной 10-15 см, местами колея просматривается и на правой полосе движения. Наблюдаются поперечные трещины.

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

Анализ радарограмм продольных разрезов свидетельствует, что в основании насыпи находится супесь песчанистая пластичной консистенции и суглинок легкий песчанистый; земляное полотно возведено из песка гравелистого высотой от 0,8 до 2,0 м. Уровень грунтовых вод на участке протяженностью 1,5 км зафиксирован на глубине 2,4-3,2 м от поверхности покрытия.

Анализ радарограмм продольных разрезов дорожной одежды показывает, что толщина слоя асфальтобетона изменяется от 0,17 до 0,37 м; песчано-гравийной смеси - от 0,08 до 0,57 м.

Из радарограмм поперечных разрезов следует, что толщины дорожной одежды и высота земляного полотна в поперечном направлении изменяются. В результате модуль упругости по разным полосам движения может быть различным. На ряде радарограмм поперечных разрезов четко просматриваются причины образования колейности за счет просадок подошвы асфальтобетона и щебня. На других участках нижние 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 заболоченный участок. В 10 м от насыпи, справа, застаиваются поверхностные воды на болоте. Глубокая колея от спаренных колес по полосе движения в сторону г. Москвы глубиной до 11 см, колея зафиксирована и по правой полосе движения. На покрытии наблюдаются большие неровности. Выпоры асфальтобетона срезаны фрезой, на покрытии наблюдаются поперечные трещины, заплаты от ямочного ремонта. Местами произошло истирание верхнего слоя, о чем свидетельствуют «залысины» диаметром 30-40 см. Канавы заросли камышом и травой.

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

По материалам диагностики: оценка состояния покрытия 2,3-3 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 находится песок пылеватый заторфованный на глубине 0,6-1,4 м от поверхности покрытия с толщиной слоя до 0,8-1,0 м, а также суглинок заторфованный; земляное полотно возведено из песка среднего высотой от 0,6 до 2,0 м (рис. 19). Уровень грунтовых вод зафиксирован на глубине 1,2-2,3 м от поверхности покрытия.

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

Анализ радарограмм продольных разрезов дорожной одежды показывает, что толщина слоя асфальтобетона изменяется от 0,19 до 0,27 м; песчано-гравийной смеси - от 0,08 до 0,38 м, щебенистого грунта - от 0 до 0,4 м.

Из радарограмм поперечных разрезов следует, что причиной колейности являются глубинные слои, как результат просматриваются просадки грунтов земляного полотна от подвижного состава под колеей по полосе движения в сторону г. Москвы (рис. 20). На ряде поперечных разрезов дорожной одежды четко выражена просадка покрытия и основания под крайними полосами движения. На других поперечных разрезах наблюдается четко выраженный «корытный» профиль водоупора непосредственно под дорожной одеждой, на большинстве поперечников просматриваются локальные просадки, неравномерные по всей ширине дорожной одежды.

Рис. 20. Поперечный разрез дорожной конструкции с просматривающейся глубокой колеей па поверхности земляного полотна па участке автомобильной дороги 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, местами глубокая колея, выбоины, сползание откоса насыпи по левой части. В целом покрытие 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 участка превышает допустимое значение 540 см/км.

Анализ радарограмм продольных разрезов свидетельствует, что в основании насыпи находится супесь песчанистая и суглинок легкий пылеватый; земляное полотно возведено из песка средней крупности высотой от 1,0 до 2-2,5 м. Только на участке протяженностью 370 м дорожная одежда уложена непосредственно на слой супеси песчанистой толщиной в среднем 0,8 м.

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

Из радарограмм поперечных разрезов дорожной одежды следует, что причиной колееобразования является малая толщина основания дорожной одежды, так как на кровле и подошве щебеночного слоя наблюдаются углубления от подвижного состава под колеей движения.

Участок 6.

Краткое описание участка.

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

На поверхности покрытия зафиксированы просадки, выбоины, поперечные трещины, колееобразование, заплаты от ямочного ремонта; имеет место фрезерование бугров выпирания; местами уклон обочины превышает 10 %.

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

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

Анализ радарограмм в поперечном направлении позволил обнаружить, что под центральной полосой движения залегает цементобетонная плита. Толщина песчаного подстилающего слоя изменяется по ширине дорожной одежды. Толщина асфальтобетонного слоя на ряде поперечников разная, так, ближе к концу участка толщина слоя асфальтобетона под центральной полосой движения на 5 см меньше, чем под крайними полосами движения. Под центральной полосой ниже асфальтобетона находится старое дорожное покрытие толщиной 15-20 см, в то время как выше его толщина слоя асфальтобетона достигает 18-24 см.

Участок 7.

Краткое описание участка.

Средняя высота насыпи 1,0 м, максимальная не превышает 2,0 м. В боковых канавах и у основания насыпи застаиваются поверхностные воды. Три полосы движения.

На поверхности покрытия зафиксированы выбоины, поперечные и продольные трещины, колееобразование на всем участке, особенно ярко выражено по правой полосе движения.

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

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

Анализ радарограмм в поперечном направлении позволил обнаружить, что под центральной полосой движения залегает старое покрытие. Толщина песчаного подстилающего слоя изменяется по ширине дорожной одежды. Толщина слоя асфальтобетона на ряде поперечников разная, так, в центре участка толщина асфальтобетонного слоя под центральной полосой движения на 5 см меньше, чем под крайними полосами движения. Под центральной полосой движения старое дорожное покрытие имеет толщину 25 см, в то время как толщина слоя 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 трапецеидального сечения и у основания насыпи застаиваются поверхностные воды. Замечены заболоченные участки местности. Уклон обочины в ряде случаев превышает 10 %. Три полосы движения.

На поверхности покрытия зафиксированы выбоины, просадки, трещины, колееобразование, заплаты от ямочного ремонта.

Анализ радарограмм по продольным проходам свидетельствует, что в основании насыпи находится пылеватый грунт, а земляное полотно возведено из песка, высота песчаной насыпи изменяется от 1,0 до 2,4 м. Торфяные прослойки были обнаружены только на одном поперечнике.

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

Анализ радарограмм в поперечном направлении позволил обнаружить, что под центральной полосой движения залегает старое покрытие. На поперечниках в основании насыпи обнаружены включения торфяного грунта толщиной слоя от 1,2 до 2,5 м (так как торф имеет большие пределы изменения диэлектрической проницаемости в зависимости от влажности, то его точная толщина может быть определена на основе контрольного бурения). Причем с правой стороны торф располагается под половиной правой полосы движения, 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 под проекцию георадара. Толщина песчаного подстилающего слоя изменяется по ширине дорожной одежды. Толщина асфальтобетона на ряде поперечников разная, так, на одних толщина асфальтобетона под центральной полосой движения на 8 см меньше, чем под крайними полосами движения. Под центральной полосой движения старое дорожное покрытие имеет толщину 22-28 см, в то время как толщина слоя асфальтобетона выше его достигает 18-25 см.

Участок 9.

Краткое описание участка.

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

На поверхности покрытия зафиксированы выбоины, поперечные трещины, колееобразование, заплаты от ямочного ремонта.

Анализ радарограмм по продольным проходам свидетельствует, что в основании насыпи находится пылеватый грунт, а земляное полотно возведено из песка, высота песчаной насыпи изменяется от 0,7 до 2,3 м. Торфяная прослойка не была обнаружена.

Анализ радарограмм дорожной одежды 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, что под центральной частью, залегает старое покрытие. Толщина песчаного подстилающего слоя изменяется по ширине дорожной одежды. Толщина асфальтобетона на ряде поперечников разная, например, на основном протяжении участка толщина слоя асфальтобетона под центральной полосой движения на 5-10 см меньше, чем под крайними полосами движения. Под центральной полосой движения старое дорожное покрытие имеет толщину 15-30 см, в то время как толщина слоя асфальтобетона выше 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. По левой стороне болото, имеют место просадка покрытия, сползание откоса, поперечные (преимущественно по левой полосе движения) и продольные трещины, продольные волны; по правой полосе движения также встречаются поперечные трещины, выбоины, колееобразование.

По материалам диагностики: оценка состояния покрытия 3 балла, 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 разрезов свидетельствует, что основание насыпи поочередно сложено из таких грунтов, как супесь песчанистая, песок заторфованный, песок пылеватый. Песок заторфованный обнаружен на протяжении 250 м (правая полоса) и 350 м (левая полоса) на глубине 1,0-1,2 м. Под левой полосой движения па протяжении 600 м на глубине 2 м залегает прослойка торфа толщиной слоя около 0,8 м (рис. 21). Земляное полотно возведено из песка гравелистого и средней крупности высотой от 0,8 до 1,7 м.

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

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

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

На радарограмме поперечного разреза дорожной одежды в конце участка просматривается размещенное не по всей ширине новой дорожной одежды старое дорожное покрытие, захороненное под новым слоем асфальтобетона.

Результаты обследований автомобильной дороги М10 убедительно показали эффективность 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 прибор удобен для применения на эксплуатируемых дорогах и аэродромах, так как может работать в режиме движения транспортных потоков автомобилей. Прибор позволяет определять количество слоев дорожных покрытий и оснований, изменение их толщины, наличие пустот под монолитными слоями, границу зоны увлажнения земляного полотна, инородные включения в грунте, а также выявлять брак, допущенный в процессе дорожных работ, и другие отклонения, являющиеся основными причинами последующих разрушений дорожной одежды. Кроме этого, получаемые с помощью геолокатора данные в некоторых случаях позволяют составить достаточно объективный прогноз изменения состояния дорожного покрытия в процессе его эксплуатации. При наличии соответствующей объективной информации возможно заранее, до появления механических разрушений, предусмотреть соответствующие мероприятия.

Рис. 22. Автомобиль с георадаром «ДРЛ»

Еще одной областью применения геолокатора может быть его использование для определения толщины асфальтобетонного покрытия, уложенного на слой цементобетона. Такую информацию чрезвычайно важно получать перед фрезерованием покрытия, например, на путепроводах или в других местах, где толщина асфальтобетонного слоя ограничена. При этом, в случае заглубления фрезы до цементобетона, ее дорогостоящий рабочий орган может выйти из строя.

Интересными представляются результаты, полученные при обследовании дорожных одежд с армированными цементобетонными плитами. Такие конструкции обследовали на территории Ямало-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 помощью георадаров возможно эффективно оценивать состояние подстилающих слоев, выявлять качество гидроизоляции температурных швов между плитами. При исследовании конструкции после продолжительного периода дождей на получаемых георадарограммах в области швов хорошо видны контрастные цвета, свидетельствующие о переувлажнении грунта, а значит о нарушении гидроизоляции.

Известен опыт обследования дорог Санкт-Петербургским государственным горным институтом и ЗАО «Нева-Дорсервис» [22]. Для обследований дорожных одежд использовался георадар «ЗОНД» с антенными блоками 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 низкочастотные антенны (500 и 300 МГц), изучающие разрез на глубину до 5-10 м при разрешающей способности 0,3-0,5 м. Работы выполнялись в трех режимах: непрерывное продольное, интервальное продольное и поперечное профилирование. Транспортировка георадара осуществлялась автомобилем, движущимся со скоростью до 10 км/ч.

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

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

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

5.2. Выявление зон локальных ослаблений в грунтах земляного полотна

С помощью георадарных обследований автомобильных дорог по радарограммам устанавливаются границы (подошвы) грунтов и положение уровня грунтовых вод. На рис. 23 приведены границы подошвы грунтов земляного полотна и подстилающего слоя основания на интерпретированной радарограмме по продольному разрезу участка автомобильной дороги «Кола» - Верхнетуломский - КПП «Лотта» (Мурманская обл.).

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

Выявление литологических границ грунтов, которое характеризуется при георадарных работах большой амплитудой сигнала на подошве каждого слоя, позволяет на протяжении продольного профиля проследить толщину слоев из стабильных материалов, оценить состояние, а в ближайшем будущем и степень заиления кондиционных песков рабочего слоя дорожной конструкции. По времени прохождения сигнала и известной мощности слоя можно судить о влажности грунтов земляного полотна. В том случае, когда толщина слоев из стабильных материалов не выдержана, то необходимо поднять земляное полотно и обеспечить отвод поверхностных вод или понизить уровень грунтовых вод. Для отвода поверхностных вод достаточно оценить обеспечение поверхностного водоотвода, уложить дополнительные водопропускные трубы и выполнить прочистку и углубление боковых и водоотводных канав. Если же грунт земляного полотна избыточно увлажнен, то необходимо выполнить работы по его осушению.

Максимальная амплитуда сигнала георадара, как правило, проявляется на границе грунтовых вод, которая достаточно хорошо читается по радарограмме. При известном положении уровня грунтовых вод, когда не выдержано требуемое расстояние от уровня грунтовых вод до поверхности покрытия, необходимо при пылеватых подстилающих грунтах поднять высоту земляного полотна, либо при дренирующих подстилающих грунтах понизить уровень грунтовых вод с помощью дренажей глубокого заложения, которые могут быть размещены под обочинами или кюветами.

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

- зоны просадочных и разуплотненных грунтов, карстовых деформаций;

- зоны инфильтрации поверхностных и грунтовых вод;

- зоны неоднородных, пылеватых, пучинистых грунтов;

- положение кривой скольжения на оползневых участках;

- пространственное расположение подошвы водоупоров;

- промоины и размытые зоны с переувлажненными грунтами в их основании и др.

На радарограммах достаточно четко просматриваются зоны просадочных и разуплотненных грунтов, которые характеризуются наличием воздушных прослоек или большой пористостью. На интерпретированной радарограмме продольного разреза участка автомобильной дороги Москва - Архангельск (Архангельская область) на рис. 24 показаны зоны просадочных и разуплотненных грунтов в виде хорошо выраженных линий синфазности, характеризующихся большими амплитудами сигнала. При выявлении зон просадочных и разуплотненных грунтов, что имеет место, например, на карстовых участках, следует определить причины образования такого состояния грунтов и установить границы карстовых воронок. В этих случаях следует проследить и путь следования грунтовых вод, так как устранение источника увлажнения может привести к приостановлению развития процессов размыва и избыточного увлажнения. Работы по выявлению источника увлажнения в пределах придорожной полосы также можно выполнить с использованием георадаров. Только после ликвидации источника увлажнения можно приступить к выполнению работ по устранению явлений, вызванных действиями воды: закачке песчано-глинистых или песчано-цементных растворов в карстовые полости и зоны просадочных грунтов. Одним из эффективных мероприятий может быть устройство вертикальных или горизонтальных скважин с инъектированием растворов в зоны просадочных и разуплотненных грунтов.

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

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

Рис. 25. Радарограмма с выделенной зоной инфильтрации подземных вод под водопропускной трубой

Выявление неоднородных грунтов в теле насыпи или наличие пылеватых грунтов также достаточно легко просматривается на радарограммах поперечного разреза по характерным линиям синфазности. На рис. 16 приведена интерпретированная радарограмма поперечного разреза на автомобильной дороге Архангельск - Малые Карелы - Белогорский (Архангельская область), где выявлены неоднородные грунты в теле земляного полотна, что обуславливает неравномерность пучинных деформаций и разрушение покрытия. При неоднородных и пылеватых грунтах потребуется устройство поперечных дренажных прорезей, которые устраиваются с определенным шагом на ширину рабочего органа землеройной машины из дренирующих материалов. При этом дренирующие материалы могут быть защищены от кольматации геотекстилем.

Граница кривой скольжения на оползневом участке характеризуется существенной разницей во влажности грунтов, о чем сигнализирует радарограмма по значительному увеличению амплитуды сигнала. На рис. 26 приведена интерпретированная радарограмма георадарного сканирования поперек полосы варьирования автомобильной дороги «Кола» - Верхнетуломский - КПП «Лотта» (Мурманская область). Такая радарограмма перестраивается в грунтово-литологический разрез с фактическими отметками на поверхности и оценивается устойчивость оползневого склона. Для обеспечения устойчивости оползневого участка необходимо отвести источник избыточного увлажнения, уменьшить нагрузки от насыпи, устроить подпорные стенки или забить сваи, предотвращающие возможность сползания грунтов.

Рис. 26. Радарограмма с выделенной кривой скольжении по поверхности моренного грунта

Очень часто вызванная воздействиями автомобильной нагрузки «продавленная» подошва водоупоров в основании насыпи способствует скоплению поверхностных вод и избыточному увлажнению грунтов земляного полотна и дорожной одежды. На рис. 27 показаны интерпретированные радарограммы поперечного сечения участка автомобильной дороги «Кола» - Верхнетуломский - КПП «Лотта» (Мурманская область), где выделяется «корыто» из суглинистого грунта, которое обусловливает постоянное увлажнение песчаных грунтов земляного полотна. Георадарные съемки с последующим представлением пространственного расположения подошвы слоев позволяют назначить мероприятия по сбросу воды из «корыта» водоупоров. С этой целью необходимо, например, пневмопробойником продавить горизонтальные скважины с определенным шагом, а затем заполнить их дренирующим материалом. Это мероприятие позволит осушить рабочий слой и избежать существенного увлажнения грунта земляного полотна.

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

Промоины содержат пустоты, которые легко интерпретируются на радарограммах как чередующиеся толстые горизонтальные белые и черные линии. Размытые зоны с переувлажненными грунтами в их основании также содержат чередующиеся толстые полосы, однако они не имеют правильной геометрической формы и напоминают «мерцающие полосы».

В подтверждение изложенного интересные работы были проведены в 2001 г. по договору с Департаментом дорожного хозяйства администрации Вологодской области на участке автомобильной дороги Тотьма - Нюксеница - Великий Устюг при пересечении ручья Пурный [20, 29]. В свое время здесь была уложена одна из первых водопропускных труб прямоугольного сечения размером 3´3 м и длиной 46 м. Высота насыпи над трубой превышала 12 м.

Основной причиной аварийного состояния земляного полотна явилось попадание паводковых вод в тело земляного полотна снизу из-за нарушения сплошности водопропускной трубы. В свое время труба была устроена из железобетонных мостовых свай с омоноличиванием стенок бетоном и устройством лотка из сборных железобетонных дорожных плит. В течение последних лет было зафиксировано два паводка с расходом воды выше расчетного значения. В период этих паводков плиты подмыло и выбросило в водобойный колодец. Лоток оказался ниже уровня боковых стенок грубы.

При обследовании трубы и был зафиксирован разрыв между стенками и лотком на величину провала лотка. Боковые стенки местами выкрошились и имели вертикальные трещины. В результате этого между сваями боковых стенок, а также между лотком и боковыми стенками вода просачивалась в подошву насыпи, что привело к вымыванию грунта из нижней части земляного полотна.

В момент обследования правый откос насыпи был частично размыт. Откосы насыпи очень крутые и имели коэффициент заложения меньше требуемого. На данном участке автомобильной дороги из-за осадки земляного полотна была видна невооруженным глазом просадка на покрытии (рис. 28), а также на стыке покрытия с обочиной просматривалась промоина диаметром 30 см (рис. 29).

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

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

Промоина образовалась как из-за вымывания и обрушения грунта в нижней части земляного полотна, так и из-за необеспеченности поверхностного водоотвода, поскольку в результате осадки и снегоочистки с поверхности покрытия высотное положение бровки земляного полотна оказалось выше, чем у кромки проезжей части. Прикромочные лотки не работали, сброс воды из лотков не обеспечивался, так как были разрушены перепады из-за размыва откосов насыпи. Визуальное обследование показало, что при толщине асфальтобетонного покрытия, составляющей 18-20 см, глубина промоины достигла в ее центре 60 см. Путем просмотра были установлены размеры промоины в продольном и поперечном направлении, которые составили соответственно 3,6 и 4,0 м. Проблему усугубляло и то, что по данному участку автомобильной дороги осуществляли движение тяжелые автомобили - лесовозы.

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

Запись радарограмм проводилась при ручной буксировке антенного блока. Работы выполнялись в режиме «по перемещению» при диапазоне развертки 200 нс, количестве точек по глубине 510 штук, количестве накапливаемых отчетов 8, диэлектрической проницаемости среды 4,5. Замеры выполнялись в поперечном направлении как слева, так и справа параллельно оси трубы на расстоянии 20, 50, 100, 200, 250, 300 и 400 см от внешней поверхности трубы. В продольном направлении сканирование выполнялось по левой и правой кромкам проезжей части и по оси дороги.

Земляное полотно было сложено из суглинка пылеватого. В переувлажненных суглинистых грунтах глубина зондирования антенным блоком АБ-150 достигает всего лишь 5-6 м. Работы выполнялись летом при сухих грунтах земляного полотна, когда влажность суглинка в теле насыпи была минимальной. Тем не менее, предпринятые попытки увеличить глубину зондирования до 10-12 м путем усиления сигнала привели к тому, что до глубины 5-6 м сигнал был хороший, получена полная информация, а глубже были различимы только пустоты.

После обработки и интерпретации полученных радарограмм были построены разрезы состояния земляного полотна над водопропускной трубой вертикальной плоскостью в продольном и поперечном направлениях, а также горизонтальной плоскостью. При этом программа «Geoscan», позволяет просмотреть разрезы любой из перечисленных плоскостей при любом шаге, а также построить пространственные картинки с вертикальными и горизонтальными разрезами, расположенными на различных расстояниях от бровки земляного полотна и оси трубы или от поверхности покрытия (рис. 30).

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

По результатам работ было установлено:

• большая размытая зона с переувлажненным основанием находится под правой полосой движения и имеет следующие максимальные размеры: ширина 3 м, длина 6 м и глубина до 5 м от поверхности покрытия;

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

• пять узких и глубоких цилиндрических промоин, по которым вода просачивается в основание земляного полотна из вышеуказанных зон переувлажненного грунта. Диаметр промоин от 0,6 до 1,3 м.

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

Таким образом, неразрушающими (бурение не выполнялось), экологически чистыми методами в течение одной рабочей смены двумя операторами было выполнено сканирование участка и около недели затрачено на обработку и интерпретацию радарограмм. Результаты этих работ позволили получить качественные (внутренние дефекты земляного полотна) и количественные (месторасположение) оценки состояния земляного полотна.

По результатам обследований правая полоса движения была закрыта для проезда автомобилей, были разработаны рекомендации по ремонту земляного полотна и водопропускной трубы: в нижней части ремонт боковых стенок, обеспечение сплошности между полом и стенками водопропускной трубы, укрепление откосов у входного оголовка трубы.

Относительно верхней части земляного полотна было предложено провести разборку дорожной одежды, удалить грунт земляного полотна на глубину 5 м, провести нагнетание в имеющиеся цилиндрические промоины раствора песка, укрепленного цементом. Спланировать верхнюю поверхность земляного полезна с поперечным уклоном 3% от оси к откосам и тщательно укрепить.

Затем следует уложить прослойку дренирующего материала толщиной 50 см, которая позволит отводить воду из земляного полотна и осушать вышележащие слои. На дренирующий слой рекомендовано послойно отсыпать и уплотнить суглинистый слой до проектной отметки с обязательным устройством георешеток в верхних слоях суглинка (20-40 см), которые позволят гарантировать устойчивость слоя суглинка и предотвращение его размыва. Поверхность суглинистого слоя должна иметь поперечный уклон 3 % (при невозможности укладки георешеток можно уложить слой гидроизоляционного материала), а после этого можно устроить дорожную одежду.

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

Для обеспечения надежности дорожной конструкции следует в процессе эксплуатации следить за обеспечением поверхностного стока, работой прикромочных лотков и быстротоков.

По указанным рекомендациям были проведены ремонтные работы, которые подтвердили достоверность результатов, полученных георадарными методами. Отремонтированный участок автомобильной дороги успешно эксплуатируется в настоящее время.

5.3. Мониторинговые наблюдения за участками автомобильных дорог

Проблема поиска оптимального способа ремонта, содержания транспортного сооружения или назначения комплекса эксплуатационных мероприятий часто упирается в отсутствие информации о процессах, происходящих в его конструктивных элементах.

Известно, что в разные периоды года (весна, лето, осень, зима) и на разных участках дороги (в выемке, высоких и низких насыпях, при различной ориентации по отношению к частям света и т.д.) изменяется не только воздействие автомобильных нагрузок, но и влияние природно-климатических факторов на дорожную конструкцию. При этом имеют место так называемые расчетные периоды года (весна, осень) и ослабленные участки автомобильных дорог (например, участки дорог, находящиеся в пониженных местах местности и имеющие малую высоту насыпи или проходящие в выемке). Именно в это время и здесь наблюдается высокая влажность грунтов земляного полотна. В этом случае прочность и плотность грунтов снижается, тем самым уменьшается сопротивляемость дорожных конструкций автомобильным нагрузкам.

В связи с изложенным, необходимы мониторинговые наблюдения за внутренним состоянием дорожных конструкций, например, за изменением влажности и плотности грунтов, ходом инфильтрации подземных вод, глубиной промерзания и оттаивания грунтов, наличием и поведением локальных ослаблений в теле земляного полотна и подстилающих грунтах. Эти данные будут востребованы, например, при проектировании ремонтных работ, а также при назначении ограничений пропуска тяжелых автомобильных нагрузок в период распутицы.

Многие из перечисленных мониторинговых работ могут быть выполнены с применением георадарных технологий.

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

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

Мониторинговые наблюдения за влажностью грунтов по протяженности автомобильной дороги. В этом случае чаще всего выполнялось непрерывное сканирование в продольном направлении. Длина непрерывно записываемого файла изменялась от 200 м до 2-3 км. При этом метками отмечались характерные участки автомобильных дорог, например, участки низких насыпей, границы выемок, места размещения водопропускных груб, дефекты на покрытии и т.д. На участках, нуждающихся в детальном обследовании, выполнялось сканирование в поперечном направлении.

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

Данного рода мониторинг был проведен на магистрали М10 «Россия» на территории Тверской (рис. 31) и Новгородской областей. Известно, что с помощью георадаров с одноканальными антенными блоками можно определить влажность грунта в нескольких случаях:

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

• через диэлектрическую проницаемость при наличии локальных объектов (водопропускных труб, инженерных коммуникаций) в основании или геле земляного полотна;

• при изменении расстояний между приемной и передающей антеннами.

На 3-м неблагополучном участке автомобильной дороги Москва - Санкт-Петербург, проходящем по населенному пункту, были обнаружены очень часто расположенные локальные объекты (трубы подземных коммуникаций) на глубине около 1,5 м от поверхности покрытия, что и позволило определить влажность грунтов рабочего слоя земляного полотна.

Влажность устанавливалась следующим образом:

- по радарограмме сначала определялась диэлектрическая проницаемость среды, находящейся выше локальных объектов;

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

Значения влажности, полученные сканированием, достаточно хорошо согласовались с результатами определения влажности грунта параллельно выполненным термовесовым методом.

Результаты определения влажности с описанием меток приведены на графиках изменения влажности грунтов по длине автомобильной дороги (см. рис. 31). Точки на графике - участки дороги в продольном профиле, на которых определена влажность грунта. Анализ указанных графиков позволяет заключить, что в местах повышенной влажности грунтов на покрытии зафиксированы просадки, колееобразование, трещины, выбоины.

Грунт земляного полотна и подстилающие грунты здесь сложены из супеси песчанистой пластичной, имеющей влажность на границе текучести 21,8 %. Следовательно, на тех участках, где влажность грунта уже превышает 0,7Wт (15,3% по массе), необходимо проводить работы по ее снижению. Осенью 2003 г. на протяжении обследуемых 2,5 км было выявлено 5 участков дороги (общей протяженностью 250 м), на которых влажность превысила 15,3%.

Интересные результаты были получены и в аэропорту «Домодедово» (рис. 32). В работе принимал участие канд. техн. наук Л.Б. Каменецкий. Построенная картограмма позволяет определить участки различной влажности песков как по глубине, так и по длине аэродромной конструкции. Как показали исследования авторов обзорной информации, одной из основных причин образования трещин на поверхности цементобетонных плит явились дренажи, уложенные не под стыками плит, а по их середине.

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

Мониторинговые наблюдения за изменением влажности грунтов на характерных участках в годичном цикле. Для наблюдений за дорожными конструкциями в годичном цикле выбирались наиболее характерные участки автомобильных дорог (насыпи в руководящих отметках, типичный для дороги грунт земляного полотна и подстилающего насыпь основания, наиболее часто встречающиеся условия увлажнения и т.д.), а также неблагополучные участки, где ярко выражено разрушение дорожных конструкций без видимых на это причин.

Длина закрепленного участка составляла 20-50 м в продольном направлении на всю ширину земляного полотна. Записывались непрерывные файлы протяженностью 20-50 м при протягивании георадара в продольном направлении по правой и левой кромке проезжей части и, если позволяли условия движения, по оси дороги. При буксировке георадара в поперечном направлении в характерных условиях эксплуатации запись выполнялась только в центральной части участка, в неблагоприятных - за несколько поперечных проходов георадара с заданным шагом через 2-5 м. В целях увеличения точности интерпретации перед началом мониторинговых работ на каждом участке выполнялось одно контрольное бурение с отбором проб грунта.

На стадии интерпретации определялись следующие показатели: скорость прохождения и диэлектрическая проницаемость различных слоев, положение уровня грунтовых вод и граница промерзания или оттаивания на дату выполнения измерений.

На участках, находящихся в неблагополучных условиях эксплуатации, определялось местонахождение зон просадочных деформаций и разуплотненных грунтов, зон инфильтрации поверхностных и грунтовых вод, зон неоднородных грунтов, положение кривой скольжения на оползневых участках, зон переувлажненных грунтов, карстовых деформаций и промоин.

По результатам георадарной съемки в течение года можно определить изменение влажности грунтов, а также при известных материалах и толщине конструктивных слоев дорожной одежды рассчитать модуль упругости на поверхности конструкции; по положению уровня грунтовых вод в разные периоды года дать заключение по работе поверхностного водоотвода и дренажей и т.д.

Обследование конструкций автомобильной дороги М8 «Холмогоры» на территории Архангельской области выполняли в период с августа 2001 г. по июнь 2003 г. В работе принимал участие аспирант С.Н. Бурда (Архангельский ГТУ).

В ходе продолжительного наблюдения за состоянием опытного участка автомобильной дороги М8 «Холмогоры» были определены изменения средней влажности грунта земляного полотна (песок мелкий) в течение года на основе достоверного определения диэлектрической проницаемости среды (табл. 8).

Таблица 8

Мониторинговые наблюдения на закарстованных участках. Данные наблюдения проводились на участке автомобильной дороги М8 «Холмогоры», проходящем по береговому склону в Виноградовском районе Архангельской области. Большая часть территории данного участка (протяженность 1,3 км) сложена из карбонатных пород, способствующих развитию карста. Опасения работников Управления «Архангельскавтодор» были связаны с большим количеством провальных поверхностных форм в пределах полосы отвода и их возможным влиянием на техническое состояние объекта.

Для определения изменений в элементах конструкции автомобильной дороги и геологическом строении прилегающей местности исследования проводились в различные периоды года. Непрерывное георадарное продольное сканирование выполняли на всем участке автомобильной дороги по обеим полосам движения и по границам полосы отвода, а также детальное сканирование по поверхности покрытия и обочин в поперечном направлении с шагом 2 м.

Полуторагодичный мониторинг позволил выявить ряд существенных аспектов, не подлежащих идентификации традиционными методами или идентифицируемые ими, но на последней стадии своего развития, когда события могут принять необратимый характер.

По результатам работ отмечен ряд основных выводов:

• в ходе мониторинга не удалось обнаружить существенных изменений в геологической структуре участка за период наблюдений. Это говорит о стабильности карста и возможности дальнейшей безаварийной эксплуатации объекта при соблюдении ряда эксплуатационных рекомендаций;

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

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

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

В зонах просадки грунта зафиксирована аномалия скорости, которая авторами обзора интерпретирована как пустота. Причем это явление наблюдалось независимо от времени года. Размеры обнаруженных пустот имели площадь в плане до 4 м² и глубину 0,3-0,8 м. Было предложено эти пустоты заполнить песчано-цементным раствором. В целях обеспечения остановки эрозии было рекомендовано восстановление системы продольного и поперечного водоотвода, что значительно снизит вероятность эрозии.

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

Но глубинам промерзания или оттаивания грунтов, выявленным георадарными методами, можно назначить сроки или определить правильность периода закрытия автомобильной дороги. Более того, по глубине промерзания можно правильно оценить морозоустойчивость дорожной одежды.

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

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

Первые работы были выполнены кафедрой автомобильных дорог Архангельского ГТУ в Вытегорском районе Вологодской области по заданию АООТ «Вологодавтодор» [35, 36, 37]. Эти работы показали, что при использовании георадаров можно значительно снизить количество дорогостоящих буровых скважин и получить непрерывные геологические разрезы.

При выполнении работ используются 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 частоты антенн от 400 до 150 МГц соответственно варьирует от 2 до 15 м при разрешающей способности от 0,15 до 0,35 м. В пористых материалах (гравийно-песчаная смесь, валунно-галечниковая смесь, крупнообломочные грунты) глубина зондирования антенным блоком АБ-150 может достигать 30-50 м.

Летом 2002 г. георадарные изыскания карьеров дорожно-строительных материалов проводились в Мурманской области и Ямало-Ненецком автономном округе [38, 39].

При работах в Мурманской области по заданию Управления «Мурманскавтодор» оценивались запасы кондиционных песков для содержания дорог в 4 ранее разведанных карьерах. Площадь карьеров изменялась от 2 до 8 га.

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

Рис. 34. Пространственное представление карьера с указанием номеров файлов по проходам георадара

Для увязки результатов георадарных работ Государственным унитарным проектно-сметным предприятием Мурманской области (ГУ ПСП Мурманской области) выполнялось контрольное бурение из расчета 1-3 буровых скважины на карьер, что явно меньше, чем при традиционной технологии работ по оценке запасов дорожно-строительных материалов. При буровых работах производился отбор проб для лабораторного анализа.

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

Рис. 35. Радарограмма карьерного разреза с выделением кровли и подошвы 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 средней крупности, средней плотности

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

При проведении работ в карьере «Песцовое» в Ямало-Ненецком автономном округе по заданию ДОАО «ВНИПИгаздобыча» ОАО «Газпром» ставилась задача определить границы размещения песчаных материалов на местности и вечномерзлого грунта, а также оценить запасы песка на участках уже разведанных по косвенным признакам карьеров. Песок предназначался для отсыпки земляного полотна автомобильных дорог.

При разведке границ размещения полезной толщи оператор протягивал георадар по местности (длина непрерывного файла достигала 1 км) и по непрерывной радарограмме и характерным линиям синфазности на ней сообщал инженеру-геологу, на каком участке начинается переход от кондиционных материалов к пылеватым и наоборот, а также предварительно оценивал мощность полезной толщи 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 до проведения георадарных работ были пробурены скважины по границам карьера в плане, протягивание георадара осуществлялось сначала от скважины к скважине по периметру карьера, а затем по пересекающимся створам, проходящим по внутренней части карьера. Такая технология позволяла увязать результаты георадарных работе контрольным бурением, тем самым свести погрешность георадарных работ на нет, а также определить точные границы подошвы и кровли полезной толщи между буровыми скважинами.

Результаты изысканий в Мурманской области и Ямало-Ненецком автономном округе показали, что протягивание георадара с контактной антенной по кочковатой и неровной поверхности существенно не сказывается на полученных результатах. При этом только увеличивается сигнал прямого прохождения.

Полевые работы (геодезическая разбивка и геологические изыскания георадарами с минимумом бурения) по определению запасов полезной толщи в карьере площадью 8 га могут быть выполнены за 3 смены группой из 4 человек.

По результатам работы в Ямало-Ненецком автономном округе установлено, что при записи грунтово-гидрогеологического разреза георадарами помимо кровли и подошвы полезной толщи на радарограммах очень хорошо просматривается граница вечномерзлых грунтов (рис. 37, 38).

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

Рис. 38. Радарограмма разреза карьера «Песцовое» (Ямало-Ненецкий автономный округ) с четко выраженной границей вечномерзлых грунтов и нанесенными 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 карьеров дорожно-строительных материалов, так и для оценки запасов дорожно-строительных материалов в предварительно обнаруженных местах залегания полезной толщи.

Известен опыт применения метода георадиолокации Санкт-Петербургским государственным горным институтом для поиска и разведки месторождений песка [40]. Метод был апробирован на нескольких месторождениях песка в Ленинградской области. Съемка осуществлялась посредством непрерывного перемещения антенны георадара «ЗОНД» по обследуемой поверхности со скоростью 1-5 км/ч. Шаг зондирования изменялся от 5 до 30 см. В пресных водоемах и песках глубинность изучения разреза достигала десятков метров, а на акваториях с повышенной минерализацией воды и в разрезах, содержащих слои глины, глубинность резко сокращалась.

ЗАО «Технотавр» использовало георадар «ГРОТ» при определении перспективы разработки песчаного карьера в районе пос. Дорошево Московской области [23].

При разведке и оценке запасов дорожно-строительных материалов георадарные технологии являются высокопроизводительными, неразрушающими, экономически эффективными и не оказывают неблагоприятного воздействия на окружающую среду.

5.5. Изыскания трасс автомобильных дорог

Проектные организации геологические и гидрогеологические изыскания по трассе проводят с традиционным бурением, при этом грунтово-гидрогеологические разрезы на обычных участках определяются в скважинах через 300 м, а на трудных - несколько чаще.

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

Условия Мурманской области являются одними из идеальных для применения георадаров, так как характеризуются залегающими в подстилающих слоях крупнообломочными и гравелистыми грунтами. Проектировщики этого предприятия заинтересовались в оценке возможностей выполнения работ георадарами непосредственно в лесу, тем более что буровую установку сюда направить оказалось невозможным (из-за отсутствия подъездных путей), а бурение ручным буром, как показала практика, очень часто не приносит успехов из-за включений в моренные грунты больших валунов.

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

Работы выполнялись сотрудниками кафедры автомобильных дорог Архангельского ГТУ (научный руководитель д-р техн. наук А.М. Кулижников) в июле 2001 г. грунтовым радаром «ОКО» с антенным блоком АБ-400 [41]. Радарограммы в продольном направлении записывались в среднем через 200 м, а в поперечном направлении фиксировались протяженностью около 50 м. Некоторые небольшие по длине участки по оси трассы были обойдены стороной из-за большой косогорности местности в поперечном направлении, наличия поверхностных вод, а также присутствия больших камней с неровной поверхностью. Суммарная длина таких участков не превысила 3% от общей протяженности трассы. Осуществлялась привязка полученных радарограмм к прорытым шурфам и ранее пробуренным скважинам. При обработке радарограмм осуществлялась послойная корректировка диэлектрической проницаемости с привязкой к известным разрезам, что позволяло избежать ошибок в определении глубин при интерпретации [37, 41].

Анализ полученных радарограмм показал следующее.

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

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

3. Глубина зондирования составила 5,8-6,2 м с разрешающей способностью 15 см.

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

5. При анализе радарограмм в поперечном направлении предложено проектировщикам на ряде участков сместить ось трассы. Причиной послужили зафиксированные на болотах участки с большой косогорностью минерального дна, а также определение на некотором расстоянии от оси мест благоприятного проложения трассы по лучшим грунтово-гидрогеологическим условиям.

6. Рассмотрение радарограмм в поперечном направлении, которые совпали в начале трассы с существующей автомобильной дорогой, показало, что основание земляного полотна из суглинистого грунта под действием автомобильной нагрузки стало иметь очертание корыта, в котором скапливаются грунтовые воды. Как правило, на таких участках зафиксированы трещины на поверхности покрытия дорожной одежды.

7. Пыли определены параметры кривой скольжения (использовался антенный блок АБ-150), по которым можно оценить устойчивость оползневого участка.

8. На болотистых участках на радарограмме непосредственно в полевых условиях проявлялась сильно искаженная картина глубины заложения торфа, так как диэлектрическая проницаемость торфа была зафиксирована в 10-20 раз выше, чем у грунтов.

На основе выполненных работ и выявленных недостатков разработчиками прибора (ООО «ЛОГИС») была усовершенствована конструкция измерительного колеса, ресурс которого был значительно увеличен [42]. По результатам работ была составлена программа, позволяющая учитывать отметки рельефа местности и трансформировать геологический разрез по высотной привязке.

К сожалению, изыскания были проведены согласно заданию практически по традиционной технологии, отличающейся только применением сканирования грунтово-гидрогеологических условий георадарами. Но даже такая технология помогла устранить допущенные ошибки в проложении трассы (рис. 39). Этих ошибок могло бы быть гораздо меньше. Для этого грунтово-гидрогеологические изыскания должны быть выполнены в широкой полосе варьирования трассы. Выбор оптимального проложения трассы должен осуществляться по интегрированной пространственной модели рельефа, геологии и гидрогеологии местности с аналитическим обоснованием эффективных транспортных коридоров для последующего многовариантного проектирования.

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

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

Следует отметить, что стоимость изыскательских работ по предлагаемой технологии увеличивается незначительно, в то время как сокращение транспортно-эксплуатационных расходов будет в 20-30 раз больше. Предварительные расходы показали, что трасса, проложенная по лучшим грунтово-гидрогеологическим условиям, будет эффективнее даже при ее удлинении на 13,5% по сравнению с кратчайшим направлением. При этом в расчетах не учтена экономия на сокращение затрат при ремонте автомобильной дороги в процессе эксплуатации.

5.6. Контроль качества выполняемых и выполненных работ

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

Принцип оценки степени уплотнения основан на изменении диэлектрической проницаемости материала или грунта. Так, например, диэлектрическая проницаемость воздуха 1, воды 81, каменного материала изменяется от 4 до 10. При разной степени уплотнения и влажности материалов можно замерять диэлектрическую проницаемость материала слоя, а по ее значению судить о степени его уплотнения. Чем меньше воздуха, тем выше диэлектрическая проницаемость и наоборот.

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

На рис. 40 приведены границы слоев дорожной одежды, отсканированные георадаром в поперечном направлении. Из рис. 40 следует, что толщины слоев дорожной одежды по различным направлениям движения 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 была увеличена за счет ремонтных работ. Невольно возникает вопрос, а что дешевле, выполнить основание до проектной толщины или обеспечивать несущую способность дорожной одежды за счет чрезмерного увеличения толщины покрытия, не реагируя на уменьшенную 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 слоев асфальтобетона; 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 - кровля песка мелкого

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

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

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

Перспективы применения георадиолокационного метода для контроля качества дорожно-строительных работ очень 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 Департамента городского 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 городских магистралей: проспектов Фрунзе и Октября [44, 45].

Были выполнены следующие виды работ:

• определены интенсивности и состав движения транспортных средств в начале и конце проспектов и па наиболее оживленных перекрестках;

• проведены георадарные обследования состояния дорожной одежды, подстилающих грунтов, выявлены положения уровня грунтовых вод и размещение инженерных коммуникаций;

• оценена несущая способность дорожных конструкции по динамическому модулю упругости и ровности покрытия (работы выполнялись проектной конторой АООТ «Вологодавтодор»);

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

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

Проведение комплексных обследований было вызвано тем, что при усилении дорожных одежд путем устройства новых слоев асфальтобетонного покрытия на ряде участков проспектов через 1-2 года вновь появлялись трещины на покрытии, и у руководителей дорожной службы г. Ярославля возникли сомнения в эффективности усиления дорожных одежд новыми слоями асфальтобетона.

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

При обследовании магистралей возникли следующие трудности:

- сложность и опасность выполнения работ, особенно записи радарограмм в поперечном направлении при большой интенсивности движения и загруженности магистралей;

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

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

- большая зашумленность проспектов затрудняла переговоры оператора с метчиком, который двигался по обочине или разделительной полосе;

- необходимость закрытия полосы движения на участке дороги при проведении контрольного бурения;

- различия в конструкциях дорожных одежд на протяжении небольших участков проспектов;

- отсутствие километровых столбов и трудности с привязкой к километражу;

- наличие большого количества перекрестков с регулируемым и нерегулируемым движением.

Перечисленные проблемы решались следующими способами: работы выполнялись рано утром, начиная с 3 ч утра, и заканчивались до обеда, что позволяло избежать большой интенсивности движения на дорогах и перегрева двигателя автомобиля. Для обеспечения безопасности выполнения работ автомобиль двигался по центральной из трех полосе и на заднюю стенку автомобиля крепились знаки объезда налево и направо. Съемки в поперечном направлении производились рано утром, а при движении автомобилей проезд на период 1-2 мин прекращался. Работы выполнялись георадаром в режиме по «перемещению», что позволяло не останавливать запись файла при пропуске транспортных средств на перекрестках, при этом без перемещения георадара процесс записи не осуществлялся. Отсутствие километража компенсировалось привязкой к ситуации (пересечения, остановки, стоянки, номера домов, автозаправочные станции и т.д.).

Работы проводились на базе автомобиля УАЗ при скорости 5-7 км/ч, что позволяло сканировать до 10 км продольного профиля юродских улиц за смену. При выполнении работ использовалось регистрирующее колесо, фиксирующее длину маршрута. Записывались непрерывные файлы протяженностью 0,5 км в продольном направлении, а также длиной, равной ширине поперечника при ручной протяжке георадара в местах, требующих детальных обследований в поперечном направлении. Отмечалось до 30 меток на один файл. Метки фиксировали ситуацию, привязку к зданиям и состояние покрытия.

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

В течение двух недель в г. Ярославле было комплексно обследовано более 30 км городских улиц. По результатам обследований определены толщины слоев дорожной одежды и земляного полотна, построены грунтово-литологическне разрезы с указанием инженерных коммуникаций и выявленных локальных зон переувлажненных грунтов (рис. 44, 45). Заказчику были сданы планы проспектов с нанесенными маршрутами прохода георадара, подземными коммуникациями, а также продольные и поперечные грунтово-геологические разрезы с георадарной подложкой и без нее, результаты расчета перспективной интенсивности движения на различных участках городских проспектов, данные по ровности и модулям упругости на поверхности покрытий, 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 - кровля песка мелкого

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

Один из примеров полученных результатов. Толщина слоя асфальтобетона на участке между двумя перекрестками (протяженность 800 м) изменялась от 12 до 27 см, при проектном значении 17 см. Построенные продольные разрезы красноречиво свидетельствовали об участках, где недостаточная, а где избыточная толщина покрытия и основания дорожной одежды. Выявлено несколько зон избыточно переувлажненных грунтов там, где обнаружены в грунтовой среде протечки либо в водопроводе, либо в канализации.

В целях увеличения точности интерпретации выполнялось контрольное бурение с отбором проб грунта. Результаты бурений подтвердили данные радарной съемки и показали следующие результаты:

• толщина слоев асфальтобетона изменяется 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 толщине битумоминеральных и каменных материалов для обеспечения несущей способности дорожной одежды;

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

• пучинистые грунты в скважинах обнаружены в рабочем слое на глубине 0,28-1,3 м от поверхности покрытия, что говорит о несоблюдении требований морозоустойчивости.

Результаты определения состава и интенсивности движения на наиболее загруженных участках проспектов показали, что максимальная интенсивность движения наблюдается на просп. Фрунзе и составляет 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 большом количестве: соответственно на просп. Фрунзе 10-15%, на просп. Октября 10-30%.

Результаты расчетов дорожных одежд по методике ОДН 218.046-01 на существующие интенсивность и состав движения на различных участках проспектов показали, что ни одна из конструкций дорожных одежд не отвечает требованиям либо прочности по сдвигу в основании дорожной одежды и подстилающих грунтах, либо требованиям по морозоустойчивости.

Для различных участков проспектов в зависимости от перспективной интенсивности и состава движения, а также с учетом толщины слоев существующей дорожной одежды были рассчитаны и предложены конструкции дорожных одежд. В этих конструкциях повышение сдвигоустойчивости было достигнуто рациональным конструированием из традиционных материалов (при этом требовалась полная замена дорожной конструкции) либо укладкой несдвигоустойчивых материалов в георешетки с основанием из геотекстиля, либо укреплением несдвигоустойчивых грунтов малыми дозами цемента (в том и другом случае предусматривалась только частичная разборка существующей дорожной одежды). Среди предложенных решений было использование старого асфальтобетона в виде измельченного трудноуплотняемого асфальтобетонного гранулята в основании дорожной одежды.

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

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

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

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

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Первые попытки обоснования эффективности внедрения георадарных технологий в дорожное хозяйство были сделаны авторами обзорной информации в 1997 г. [46].

Для технико-экономического обоснования применения георадарного метода для обследования существующих автомобильных дорог рассмотрим сравнение его с традиционным, т.е. буровым методом.

Известно, что количество скважин определяется состоянием дороги и такими внешними факторами, как, например, грунтово-гидрогеологические условия. Допустим, что для обследования участка дороги протяженностью 5 км, например, в условиях Архангельской области необходимо 20 скважин средней глубиной 3 м. Суммарная глубина бурения составит при этом 60 пог.м.

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

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

При применении георадаров для контроля качества выполняемых работ появляются дополнительные затраты в размере 2,1 тыс. р. на 1 км автомобильной дороги. В то же время экономический эффект за счет сокращения эксплуатационных затрат повысится как минимум на два-три порядка выше указанного значения. Можно, как и при инженерно-геологических изысканиях, рассчитывать на увеличение достоверности с 0,5% (5 точек на 1000 м) до 60-90%.

Использование георадаров повышает производительность обследований и значительно снижает затраты на их проведение.

При применении георадаров для оценки запасов дорожно-строительных материалов в карьерах экономический эффект достигает 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 для изысканий трасс автомобильных дорог увеличиваются дополнительные затраты в размере 2,1 тыс. р. на 1 км. Однако, проложив дорогу по лучшим грунтово-гидрогеологическим условиям, предполагается достичь существенного снижения эксплуатационных расходов (до 50%).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Георадары все больше и больше используются 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 Карелии и Коми, Ямало-Ненецкого автономного округа внедряют георадарные технологии по различным назначениям. Это обследование существующих автомобильных дорог и городских улиц, мониторинг на автомобильных дорогах, контроль качества выполняемых работ, изыскания новых направлений дорог и оценка запасов дорожно-строительных материалов в карьерах.

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

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

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

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

При проведении изысканий можно проложить трассу по благоприятным грунтово-гидрогеологическим условиям, определить местоположение кривой скольжения на оползневых склонах, оценить геометрию дна водотока в месте мостового перехода и т.д.

При контроле качества выполняемых и выполненных работ появляется возможность проследить за уплотнением материалов и грунтов, проконтролировать толщину уложенных слоев дорожной одежды, выявить места возможной осадки грунтов, а также проследить за объемами скрытых работ.

Следует помнить, что геофизические, георадарные методы нуждаются в контрольном бурении, которое позволяет избежать ошибок при определении глубин заложения материалов и грунтов.

Технико-экономические расчеты показывают, что высокопроизводительные, неразрушающие и экологически чистые георадарные технологии позволяют существенно понизить строительные и эксплуатационные расходы, в то же время значительно повышается надежность дорожных сооружений за счет увеличения достоверности исходной геологической информации.

По мнению авторов обзорной информации, настало время, когда георадарные работы могут включаться в каждый проект строительства, реконструкции и ремонта автомобильных дорог.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Георадары, дороги-2002: Материалы Междунар. науч.-практ. конф. / Под ред. А.М. Кулижникова. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 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 дорожном строительстве. - 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. Разведка и охрана недр. - 2001. - № 3. - 58 с.

7. Lenngren С.A., Bergstrum J., Ersson В. Using Ground 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 variability estimated using ground penetrating radar: Extended Abstract // GPR 2000. -Australia, 2000.

9. Макеечева И.В. Дорожный рентген. Георадиолокационные исследования при дорожном строительстве и диагностике состояния дорог // Строит. техника и технологии. - 2001. - № 5. - С. 38-39.

10. Evaluation de systemes radar pour controller Pepaisseur des couches de chaussees / Simonn J.-M. // Bulletin des laboratories des 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 Asphaltbelagen mit 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&E International. - 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 measurements in pavement density quality control // Paper Submitted for Presentation and Publication at the 1997 Annual Meeting of the Transportation Research Board Washington.- 1996.-July. - P. 1-17.

16. Кулижников A.M., Шабашова M.A. Использование георадаров в дорожной отрасли (по материалами семинара в Рованиеми) // Наука и техника в дор. 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. В разведку с георадаром. О применении георадаров при диагностике автомобильных дорог // Автомоб. дороги. - 2002.-№ 2.-С. 10-11.

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

21. Кулижников A.M., Белозеров А.А., Бурда С.П. Назначение ремонтных работ по результатам георадарных 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 поданным метода георадиолокации // Георадары, дороги-2000: Материалы Междунар. науч.-техн. семинара. -Архангельск: Изд-во АГТУ, 2000. - С. 50-55.

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

24. Лукьянов С.П., Бойков В.Н., Черный И.А. Проблемы и пути совершенствования георадарных методов контроля и диагностики состояния дорожной одежды автомобильных 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. Результаты совместного визуального и радарного наблюдения за состоянием покрытия и земляного 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 при определении состояния автомобильных дорог // Георадар-2002: Тез. докл. науч.-практ. конф. -М.: МГУ, 2002.

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

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

31. Кулижников A.M., Белозеров А.А., Бурда С.Н. Обнаружение дефектов в грунтах земляного полотна и подстилающего основания с помощью георадарных технологий // Актуальные проблемы современного дорожного строительства 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 состояния дорожных одежд и земляного полотна. - М., 1998. - С. 101-104. - (Тр./Росдорнии; Вып. 9).

34. Лушников Н.А. Перспективы развития неразрушающих методов обследования автомобильных дорог // Дороги России XXI века. - 2003. - № 5. - С. 65-67.

35. Кулижников A.M., Бурда С.Н. Оценка запасов дорожно-строительных материалов в карьерах // Перспективы освоения минерально-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. Оценка запасов дорожно-строительных материалов в карьерах // Автомоб. дороги. - 2002. - № 3. - С. 70-71.

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

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

39. Кулижников A.M. Методика грунтовых гидрогеологических изысканий 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 георадиолокации для поиска и разведки месторождений песка // Георадары, дороги-2000: Материалы Междунар. 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 с использованием георадаров //Автомоб. дороги. - 2002. - № 5. -С. 72-73.

42. Помозов В.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 георадиолокационными методами / A.M. Кулижников, С.Н. Бурда, А.А. Белозеров и др. // Автоматизир. технологии изысканий и проектирования. - 2003. - № 9-10. - С. 72-73.

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

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