WGGiIS
 
Projekt badawczy
Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska (wydział koordynujący na AGH)
Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

RID - Rozwój Innowacji Drogowych
Nowoczesne metody rozpoznania podłoża gruntowego w drogownictwie


GDDKiA OFICJALNIE WDRAŻA EFEKT RZECZOWY PROJEKTU
GDDKiA OFICJALNIE WDRAŻA EFEKT RZECZOWY PROJEKTU, czyli „WYTYCZNE WYKONYWANIA BADAŃ PODŁOŻA GRUNTOWEGO NA POTRZEBY BUDOWNICTWA DROGOWEGO”
GDDKiA OFICJALNIE WDRAŻA EFEKT RZECZOWY PROJEKTU
GDDKiA OFICJALNIE WDRAŻA EFEKT RZECZOWY PROJEKTU, czyli „WYTYCZNE WYKONYWANIA BADAŃ PODŁOŻA GRUNTOWEGO NA POTRZEBY BUDOWNICTWA DROGOWEGO”
GDDKiA OFICJALNIE WDRAŻA EFEKT RZECZOWY PROJEKTU
GDDKiA OFICJALNIE WDRAŻA EFEKT RZECZOWY PROJEKTU, czyli „WYTYCZNE WYKONYWANIA BADAŃ PODŁOŻA GRUNTOWEGO NA POTRZEBY BUDOWNICTWA DROGOWEGO”

Metoda georadarowa

Badania metodą georadarową miały na celu:

  • ocenę wpływu parametrów pomiarowych metody GPR na jakość rozpoznania struktur podłoża,
  • ocenę porównawczą aparatury georadarowej różnych producentów w zakresie zbieżności wyników rozpoznania struktur podłoża,
  • ocenę skuteczności wyznaczenia prędkości metodą WARR i CMP,
  • ocenę procedur przetwarzania wyników badań georadarowych na wynik rozpoznania struktur podłoża,
  • ocenę skuteczności obrazowania granic litologicznych, budowy geologicznej i rozkładu jej zmienności przy zastosowaniu metody georadarowej w relacji do innych metod geofizycznych,
  • ocenę skuteczności i niezawodności bieżącego wyznaczania pozycji anteny georadaru z zastosowaniem metod geodezyjnych: systemu GNSS oraz tachimetrów zrobotyzowanych z opcją automatycznego śledzenia pryzmatu dalmierczego.

W prace z tego zakresu zaangażowane był zespół z AGH z dwóch wydziałów: Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska (Katedry Geofizyki) oraz Wydziału Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska (Katedry Geodezji Inżynieryjnej i Budownictwa), w składzie dr inż. Łukasz Ortyl, dr inż. Jerzy Karczewski, mgr inż. Ewelina Mazurkiewicz (doktorantka).

Wykonano badania na obszarze 10 poligonów badawczych:

10-M Mydlniki,

11-Z Zakrzówek,

1-A1 Rząsawa-Pyrzowice (Częstochowa),

2-S61 Szczuczyn-Raczki,

3-S19_1, 3-S19_2, 3-S19_3, 3-S19_4  Kraśnik-Janów Lubelski (4 poligony),

5-S7 Straszyn-Koszwały–Nowy Dwór Gdański (Żuławy),

6-S7 Lubień-Rabka.

Poligony 10-M Mydlniki i 11-Z Zakrzówek zostały potraktowane w Projekcie w szczególny sposób z uwagi na skrajnie różne warunki pomiarowe i sąsiedztwo AGH co umożliwiało sprawne przeprowadzenie wielu sesji badawczych. Na poligonach tych wykonano całe serie badań w różnych porach roku (od października 2016 r. do listopada 2017 r.), podczas eksperymentów dobierano optymalne parametry nastawcze dla różnych typów anten i częstotliwości od 50 MHz do 500 MHz a nawet 1600 MHz (Zakrzówek). Metodyka wypracowana na tych dwóch poligonach była następnie stosowana w pozostałych miejscach.

Pozostałe poligony badawcze na których zrealizowano profilowania georadarowe zlokalizowano w obszarze istniejących bądź planowanych dróg krajowych: autostrad i dróg ekspresowych.

Na każdym poligonie wykonano refleksyjne profilowania georadarowe przy użyciu różnorodnych anten, przy zastosowaniu różnych parametrów pomiarowych oraz profilowania prędkości WARR. Podczas pomiarów zastosowano różne systemy pozycjonowania anten georadarowych: kółko pomiarowe, nitkę pomiarową, a także metody geodezyjne: system GNSS oraz tachimetry zrobotyzowane z opcją automatycznego śledzenia pryzmatu dalmierczego i bieżącego wyznaczania pozycji anteny georadaru.

Badania terenowe trwały łącznie 50 dni.

Wykonano około 16500 mb profili.

Pozyskano i przetworzono łącznie 270 echogramów.

 

 

 

Pomiary georadarowe na różnych poligonach i w różnych konfiguracjach sprzętowych.

W dalszej części przedstawiono zakres prac na poszczególnych poligonach. W pierwszej kolejności opisano badania wykonane georadarami szwedzkiej firmy Mala GeoScience, których właścicielem jest Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie. W drugiej opisano pomiary innymi georadarami wykonane na poligonach w Mydlnikach i na Zakrzówku w Krakowie.

 10-M Mydlniki i 11-Z Zakrzówek

Badania na poligonie 10-M Mydlniki wykonano podczas 5 sesji pomiarowych, a na poligonie 11-Z Zakrzówek podczas 7 sesji pomiarowych. Pomiary wykonano w różnych warunkach pogodowych na jesienią 2016 oraz wiosną, latem i jesienią 2017. 

Posłużono się dwoma modelami georadarów firmy Mala GeoScience: RAMAC/GPR CU II i ProEx System. Podczas pomiarów stosowano następujące anteny:

nieekranowane o częstotliwościach: 50, 100 i 200MHz,

ekranowane o częstotliwościach: 100, 250, 500 i 800MHz,

oraz antenę RTA 100MHz (o specjalnej konstrukcji),

a nawet antenę wysokiej częstotliwości 1600MHz.

Na poligonie 10-M Mydlniki wykonano łącznie 21 profili georadarowych (z tego 8 profilowań prędkości WARR), a na poligonie 11-Z Zakrzówek 51 profili georadarowych (z tego 11 profilowań prędkości WARR i CMP), zmieniając następujące parametry pomiarowe:

Okno czasowe,

Liczbę próbek na trasie,

Częstotliwość próbkowania sygnału,

Składanie sygnału,

Odległość pomiędzy trasami.

 

Pomiary georadarowe w różnych konfiguracjach sprzętowych.

 

Należy podkreślić, że poligon w Mydlnikach wybrano ze względu na trudne warunki pomiarowe (obecność w nadkładzie utworów silnie tłumiących fale elektromagnetyczną). Podczas pomiarów na poligonie 10-M Mydlniki wykonano łącznie około 2500mb profili georadarowych.

 

Przykładowy echogram zarejestrowany na poligonie w Mydlnikach, a następnie przetworzony w programie ReflexW.

 

Poligon w Zakrzówku jest to obszar, na którym występują różne formy krasowe, od jaskiń począwszy (Jaskinia Twardowskiego, Jaskinia Niska i inne), aż do lejów i studni krasowych. Z uwagi na warunki geologiczne Zakrzówek jest wyjątkowo dogodnym miejscem na wykonywanie testów i pomiarów georadarowych. Podczas pomiarów na poligonie 11-Z Zakrzówek wykonano łącznie około 3700mb profili georadarowych.

 

Echogramy zarejestrowane na poligonie w Zakrzówku antenami tej samej częstotliwości (100MHz), ale różnych konstrukcji, a następnie przetworzone w programie ReflexW.

 

Dla zobrazowania wyników prac na pozostałych poligonach zestawiono poniżej przykładowe echogramy z przetworzonych profilowań pozyskanych na tychże poligonach.

Podczas pomiarów zastosowano metodykę wypracowaną na Zakrzówku i w Mydlnikach w Krakowie. Posłużono się georadarem ProEx System i RAMAC/GPR CU II (firmy Mala GeoScience). Podczas pomiarów zastosowano anteny ekranowane o częstotliwościach: 100MHz, 250MHz i nieekranowane 100MHz, 200MHz oraz system pozycjonowania z zastosowaniem zrobotyzowanego tachymetru z opcją automatycznego śledzenia pryzmatu dalmierczego i bieżącego wyznaczania pozycji anteny georadaru. Georadarowe prace pomiarowe prowadzono przy zmiennych parametrach pomiarowych:

Okna czasowego,

Liczby próbek na trasie,

Częstotliwości próbkowania sygnału,

Składania sygnału,

Odległości pomiędzy trasami.

Na wszystkich poligonach realizowano profilowania prędkości WARR.

Bieżącego wyznaczania pozycji anteny georadaru odbywało się  z zastosowaniem tachimetru zrobotyzowanego z opcją automatycznego śledzenia pryzmatu dalmierczego.

 

1-A1 Rząsawa-Pyrzowice (Częstochowa)

Zarejestrowano łącznie 6 profili georadarowych o łącznej długości około 800mb.

Pomiar WARR wykonany antenami o częstotliwości 200MHz na poligonie w Częstochowie.

 

Przykładowy echogram zarejestrowany na tym poligonie (niekorzystne warunki pomiarowe).

 

2-S61 Szczuczyn-Raczki

Wykonano łącznie 6 profili georadarowych o łącznej długości około 1040mb.

 

Pomiar wykonany antenami nieekranowaną o częstotliwości 100MHz oraz tachimetrem zrobotyzowanym z opcją automatycznego śledzenia pryzmatu dalmierczego i bieżącego wyznaczania pozycji anteny georadaru  na poligonie w Szczuczyn-Raczki.

 

Przykładowy echogram zarejestrowany na tym poligonie.

 

3-S19 Kraśnik-Janów Lubelski

Poligon Kraśnik-Janów Lubelski obejmował cztery rejony nazwane:

3-S19-1 (dolina),

3-S19-2 (rzeka),

3-S19-3 (pole),

3-S19-4 (las).

W rejonach tych panowały odmienne warunki geologiczne mające wpływ na rejestrowany obraz georadarowy. Na poligonie tym, we wszystkich rejonach wykonano łącznie 24 profile georadarowe o łącznej długości około 2400mb.

 

Pomiar wykonany antenami o częstotliwości 100MHz na poligonie Kraśnik – Janów Lubelski oraz tachimetrem zrobotyzowanym z opcją automatycznego śledzenia pryzmatu dalmierczego i bieżącego wyznaczania pozycji anteny georadaru.

 

 

 

 

Przykładowy echogram zarejestrowany antenami nieekranowanymi 100MHz na tym poligonie i jego sprzęgniecie z NMT.

 

5-S7 Straszyn-Koszwały–Nowy Dwór Gdański

Wykonano łącznie 6 profili georadarowych o łącznej długości około 920mb.

Pomiar wykonany antenami ekranowanymi o częstotliwości 250MHz na poligonie Żuławy Wiślane oraz tachimetrem zrobotyzowanym z opcją automatycznego śledzenia pryzmatu dalmierczego i bieżącego wyznaczania pozycji anteny georadaru.

 

Przykładowy echogram zarejestrowany na tym poligonie (antena 250MHz, okno czasowe 300nsec).

 

 

6-S7 Lubień-Rabka

Wykonano łącznie 7 profili georadarowych o łącznej długości około 810mb

Pomiar wykonany antenami nieekranowanymi o częstotliwości 100MHz na poligonie Lubień-Rabka przy użyciu tachimetru zrobotyzowanego z opcją automatycznego śledzenia pryzmatu dalmierczego i bieżącego wyznaczania pozycji anteny georadaru.

 

Przykładowy echogram zarejestrowany na tym poligonie (antena 100MHz, okno czasowe 400nsec).

 

 

INNE GEORADARY

 

W ramach Projektu wykonano niezwykle istotne badania porównawcze georadarami różnych producentów. Badania te zrealizowano na poligonach 11-Z Zakrzówek i 10-M Mydlniki w sierpniu i wrześniu 2017 r.

Badania wykonano:

 - Georadarem VIY ukraińskiej firmy Transient Technologies z antenami o częstotliwości 70, 125 i 300MHz,

- Włoskimi radarami firmy IDS: RIS MF-HiMod z anteną 200/600MHz i RIS One z anteną ekranowaną 80MHz,

- Georadarem Ground Explorer szwedzkiej firmy Mala GeoScience wyposażonym w anteny ekranowane o częstotliwości 160MHz i 450MHz,

- Amerykańskim georadarem SIR-20 wyposażonym w anteny ekranowane 200 i 400MHz,

- Rosyjskim georadarem LOZA wyposażonym w anteny o częstotliwości 25MHz,

 

Dla porównania, w tych samych dniach wykonano ponownie pomiary georadarem ProEx system wyposażonym w anteny ekranowane 250MHz.

 

 

 Różne georadary na poligonach na Zakrzówku i w Mydlnikach (kolejno: SIR-20, Ground Explorer, dwa radary firmy IDS, georadar VIY-70 i georadar LOZA).

 

Pomiary wykonano wzdłuż tego samego odcinka o długości  ok. 120m, o przebiegu zgodnym z poprzednio wykonywanymi. W celu jak najlepszego porównania wyników, podczas pomiarów dobrano podobne anteny i zbliżone parametry pomiarowe. Z uwagi na różną budowę georadarów, jak i odmienne programy do akwizycji, nie zawsze było to jednak możliwe. Dane zostały następnie przetworzone w programach producentów sprzętu georadarowego, jak również w programie ReflexW.

 

Echogram zarejestrowany na poligonie 11-Z Zakrzówek włoskim georadarem RIS HiMod antena o częstotliwości 200MHz.

 

Echogram zarejestrowany 11-Z Zakrzówek ukraińskim georadarem VIY wyposażonym w anteny 700MHz. Echogram przetworzono w programie ReflexW.

 

Echogram zarejestrowany na poligonie 10-M Mydlniki georadarem Ground Explorer wyposażonym w antenę ekranowaną 450MHz, przetworzony w programie ReflexW.

 

Echogram zarejestrowany na poligonie 10-M Mydlniki georadarem SIR-20 wyposażonym w antenę ekranowaną o częstotliwości 200MHz, przetworzony w programie ReflexW.

 

 

Pozyskane na wszystkich poligonach echogramy zostały poddane walidacji z wynikami profili geologicznych uzyskanych z odwiertów oraz z innych metod geofizycznych. Poniżej próbka takiego porównania:

 

Przekrój geologiczny na poligonie 3-S19_4  Kraśnik-Janów Lubelski  (PIG wykonawcy: W. Szlasa, M. Sokołowska).

 

Echogram zarejestrowany na poligonie 10-M Mydlniki georadarem SIR-20 wyposażonym w antenę ekranowaną o częstotliwości 200MHz, przetworzony w programie ReflexW.

 

Korelacja wyników profilowań georadarowych (100MHz nieekranowana i 250MHz ekranowana) i tomografii elektoroporowej (AGH wykonawcy: Jerzy Mościcki, Grzegorz Bania, Michał Ćwiklik) na poligonie 3-S19

 

Analizie poddano również wyniki profilowań prędkości WARR które pozyskiwano na poszczególnych poligonach:

 

 

Profilowanie prędkości WARR i jego wynik.

 

Szczegółowe wyniki walidacji przekazano w formie sprawozdania do NCBiR a cześć przeprowadzonych i planowanych analiz dla metody georadarowej i pomiędzy metodami inwazyjnymi i nieinwazyjnymi będą podstawą przygotowania publikacji.

 

Na obecną chwilę zapraszamy do lektury trzech pozycji:

 

  1. Karczewski Jerzy, Mazurkiewiecz Ewelina, Ortyl Łukasz, Ocena wpływu wybranych parametrów profilowań georadarowych w badaniach podłoża gruntowego na potrzeby budownictwa na przykładzie zrębu Zakrzówka — Evaluation of the influence of selected parameters of GPR profiling in the study of bedrock for construction needs on the example of the Zakrzówek horst, Przegląd Geologiczny ; ISSN 0033-2151. — 2017 vol. 65 nr 10/2, s. 796–802. — Bibliogr. s. 801–802.

Link:

https://www.pgi.gov.pl/dokumenty-pig-pib-all/publikacje-2/przeglad-geologiczny/2017/pazdziernik-2-4/5129-ocena-wplywu-wybranych-parametrow-profilowan-georadarowych-w-badaniach-podloza-gruntowego/file.html

  1. Ortyl Łukasz, Karczewski Jerzy, Mazurkiewicz Ewelina, Importance of selecting parameters of georadar profiles in karst area, 17 international multidisciplinary scientific geoconference : science and technologies in geology, exploration and mining : 29 June–5 July, 2017, Albena, Bulgaria: Conference proceedings. Vol. 17 iss. 14, Applied and environmental geophysics oil and gas exploration. — Sofia - publikacja (indeksowana Web of Sciences)

 

  1. Mazurkiewiecz Ewelina, Ortyl Łukasz, Karczewski Jerzy, Application of geodetic techniques for antenna positioning in a ground penetrating radar method. E3S Web of Conferences Conference Proceedings: IV International Conference. “Scientific-Research Cooperation between Vietnam and Poland”,20 – 22 November 2017 Krakow - publikacja  (indeksowana Web of Sciences).

 

Link:

https://www.e3s-conferences.org/articles/e3sconf/abs/2018/10/e3sconf_polviet2018_03005/e3sconf_polviet2018_03005.html