Geofysisk rapport Opmåling med georadar for lokalisering af løsere jordlag/hulrum under befæstningen langs havnekajen på Nivå Havn, 2990 Nivå August 2011 FALKGEO www.falkgeo.dk
Hellebæk den 4. august 2011 Sag nr. 11-543 / PF Opmåling med georadar for lokalisering af løsere jordlag / hulrum under befæstningen langs havnekajen på Nivå Havn, 2990 Nivå. INDHOLD 1. Indledning...1 1.1. Formål / strategi...1 2. Feltarbejde...1 2.1. Georadar udstyr...1 2.2. Opmåling...2 3. Resultater...2 4. Anbefalinger...3 TEGNINGER Placering af opmålingsområde...1 Horisontalt radarsnit i dybden 1,0 m u.t....2 Placering af ledninger / spunsankre...3 APPENDIKS Metodebeskrivelse, georadar...a August 2011
Rapport: Opmåling med georadar for lokalisering af løsere jordlag / hulrum langs havnekajen på Nivå Havn, 2990 Nivå 1 1. Indledning Der er den 2. august 2011 udført en opmåling med georadar langs havnekajen på Nivå Havn, 2990 Nivå. Opmålingen er udført for Havnefoged Morten Askov, Havnekontoret, Nivå Strandpark 25, 2990 Nivå. 1.1. Formål / strategi Formålet med opmålingen er at lokalisere løsere jordlag / hulrum under befæstningen langs havnekajen som vil kunne udgøre en risiko for kørsel med maskiner / kraner langs kajen. Opmålingen udføres med en 3D-georadar af typen TerraVision med 14 stk. antennesæt. Der måles til en dybde af ca. 3 m. 2. Feltarbejde 2.1. Georadar udstyr Opmålingen har omfattet følgende måleindstillinger og databehandling: UDSTYR Georadar: Antennesæt/Frekvens: Skærmning: TerraVision 14 stk/400 MHz Skærmet MÅLEINDSTILLINGER Scan pr. m: 40 scan Tidsvindue, tovejs (ns): 91 Samples pr. scan: 512 POSITIONERING AFSTAND MELLEM LINIER (3D) Målehjul 0,12 m DATABEHANDLING Software: RADAN version 6.6.1.8. Processering: Metodebeskrivelse fremgår af appendiks A. Static correction, background removal, range gain, IIR og FIR filters, 2D migration. August 2011
Rapport: Opmåling med georadar for lokalisering af løsere jordlag / hulrum langs havnekajen på Nivå Havn, 2990 Nivå Området set fra øst 2.2. Opmåling Der er udført skanninger i baner af 1,50 m bredde. Banerne er efterfølgende sammenhæftet i computer til en samlet 3D visning. Det samlede opmålte område fremgår af tegning 1. 3. Resultater På tegning 2 er vist et 0,25 m tykt horisontalt radarsnit gennem jordlagene i dybden ca. 1,00 m u.t. Snittet er valgt fordi det overordnet viser områder hvor der findes tegn på løsere jordlag i fyldlagene. Disse områder er vist ved mørkere / sorte raster som skyldes en kraftigere refleksion fra undergrunden. Det mest markante område er i den vestlige del af opmålingsområdet. I de løsere jordlag er der også tegn på tilstedeværelsen af sten, brokker. På tegning 2 er angivet dybdeintervallerne for de løsere jordlag. Desuden er med rød prikket streg angivet den omtrentlige afgrænsning af områderne. Der er ikke registreret tegn på større hulrum under befæstningen. På tegning 3 er angivet ledninger eller spunsankre, som er blevet registreret ved at scrolle op og ned gennem jordlagene med tyndere radarsnit (se appendiks A for nærmere metodebeskrivelse). August 2011 2
Rapport: Opmåling med georadar for lokalisering af løsere jordlag / hulrum langs havnekajen på Nivå Havn, 2990 Nivå 3 4. Anbefalinger Det skal anbefales, at der foretages en nærmere undersøgelse af bæredygtigheden af de konstaterede løsere jordlag, især på områdets vestlige del. Sagsbehandler: Opmåling: Notat: Resultat kontrol: Poul Falkenberg Bertil Andersen / Poul Falkenberg Poul Falkenberg Lajla Højbjerg August 2011
TEGNINGER
N FALKGEO Tegn. tekst Tegn. nr. Sag nr. Dato 11543 Placering af opmålingsområde Sag navn 04.08.2011 PF Nivå Havn, Nivå 1 Udført af Godkendt af Målestok ved A4 LH 1:200
N Regnvandsbrønd Løsere jordlag ca. 0,3-1,5/2,0 m u.t. Regnvandsbrønd Løsere jordlag ca. 0,3-1,2 m u.t. Regnvandsbrønd Løsere jordlag ca. 0,3-1,8 m u.t. Løsere jordlag ca. 0,3-1,6 m u.t. Løsere jordlag ca. 0,3-1,5 m u.t. Løsere jordlag ca. 0,3-2,0 m u.t. FALKGEO Tegn. tekst Sag nr. Dato Horisontalt radarsnit i dybden 1,00 m u.t. Mørkere raster angiver mere løsere jordlag 2 Sag navn 11543 Nivå Havn, Nivå 04.08.2011 PF Udført af Godkendt af Målestok ved A4 LH 1:200 Tegn. nr.
N Ledning ca. 0,50 m u.t. Ledning / Spunsankre ca. 0,70 m u.t. Ledning ca. 1,30 m u.t. Ledning / Spunsankre ca. 0,70 m u.t. FALKGEO Tegn. tekst Tegn. nr. Sag nr. Dato 11543 Placering af ledninger / spunsankre Sag navn 04.08.2011 PF Nivå Havn, Nivå 3 Udført af Godkendt af Målestok ved A4 LH 1:200
APPENDIKS A METODEBESKRIVELSE, GEORADAR
Metodebeskrivelse Georadar FalkGeo har opbygget en solid erfaring med brug af georadarudstyr. Vi råder over georadarantenner fra 50 MHz til 2.3 GHz. Spændvidden gør, at vi kan vi anvende netop den type georadar der passer bedst til den gældende opgave. Vi har erfaringer i brug af georadar indenfor følgende områder: Vejopbygninger (tykkelse af asfalt, grusbærelag, bundsikringslag mv.) Arkæologi (lokalisering af gravsteder, hustomter, voldgrave, offerfund i moser, mv.) Parker og Slotshaver (tidligere bede, stier, fundamenter, drænledninger, faskiner, mv.) Sporkasseundersøgelser Fugtskader i bygningselementer, eks. vand i huldæk Retstekniske undersøgelser Alle typer af nedgravede tanke (plast, metal, mv) Alle typer af ledninger og kabler (plast, metal, beton, tegl mv.) Underjordiske sprækker og hulrum, eks. under vej-/havneanlæg Råstofkortlægning af sand og grus Kortlægning af sten og betonbrokker, eks. i forbindelse med pilotering Kortlægning af leroverflader under sand-/fyldlag Kortlægning af dybden til grundfjeldet, eks. ved større bro-/ dæmningsbyggeri Søbundens opbygning (arkæologiske og geologiske forhold) Begrænsninger ved metoden I afsnittet "Metode Georadar på side 2 kan udledes, at indtrængningsdybden er meget lille for våde lerlag. Det betyder, at disse lag generelt kan forventes, at skærme for de dybere jordlag. F.eks. vil der, ved målinger for ledninger og rør i våde lerlag, være en risiko for, at rørledningen ikke vil være synlig for georadaren. Lignende forhold gælder, hvis jordlag indeholder salt, f.eks. i forbindelse med havnebyggeri, hvor der er anvendt indpumpet hav sedimenter i opbygningen. Ligeledes vil saltholdigt grundvand også skærme for de dybere jordlag. Georadaren kan ikke se igennem metalplader, men til gengæld kan den godt se gennem f.eks. armeret beton dæk. Ved vejopmålinger, geologiske opmålinger og lignende med georadar skal der generelt suppleres med enkelte boringer for, at foretage en mere præcis fortolkninger af geologien. Desuden skal boringerne bruges til, at udføre den rette kalibrering af dybderne, det skyldes at radar-bølgerne har varierende hastighed alt efter de jordlag, de bevæger sig i. Udstyr 50 MHz RAMAC RTC antenne (Rough Terrains Concept) Antennen er uskærmet. Den er indbygget i et 9,25 meter kabel og vejer uden kontrolenhed ca. 7 kg. Kablet kan trækkes enten af person eller køretøj. Udstyret kan let betjenes af en person og er hurtigt og let at bruge, hvilket gør denne georadar relativt priseffektivt. Antennen bruges fortrinsvis til dybere undersøgelser til 10-40 m.u.t. 1/4
100, 250 og 500 MHz RAMAC antenner. Antennerne er alle skærmede og antennens sender og modtager sidder i en kasse, der kan trækkes eller køres rundt i undersøgelsesområdet. Skærmede antenner kan med fordel anvendes i bebyggede områder, da radaren ikke forstyrres væsentligt af refleksioner fra bygninger, træer mv. Disse antenner bruges typisk ved undersøgelser i de øvre 5-15 meter. 1.2, 1.6 og 2.3 GHz RAMAC antenner. Disse højfrekvente antenner har en relativ lille indtrængningsdybde, til gengæld har de en meget høj opløselighed, hvilket gør dem perfekte til målinger af bygningskonstruktioner, såsom vægge, gulve, lofter, desuden anvendes de til målinger for vand i huldæk og for sprækker i beton, samt for kortlægning af asfalttykkelsen og befæstelsen i veje Antennerne er små, skærmet og med 4 små hjul og kan nemt betjenes af en person. Ved målinger på veje er antennen ophængt ca. 5 cm over vejen og opmålingen kan foregå ved normal trafikhastighed. 400 MHz TerraVision - 3D georadar TerraVision repræsenterer den nyeste udvikling indenfor georadarteknologien. Radaren består af 14 antennepar placeret på linje med en indbyrdes afstand på 12 cm. Med udstyret skannes jordlagene i en bredde på 1,5 m med 40 skan pr. m. Dette gør det muligt at indhente georadardata i 3D, hvilket giver unik opløselighed og korrelation mellem datapunkterne. Resultatet af en 3Dopmåling, et såkaldt 3D-scan kan f.eks. afrapporteres som et diasshow til PowerPoint, hvor hele opmålingen vises oppefra. På første side præsenteres det opmålte område, herefter kan man i ro og mag grave sig ned i jordlagene - eksempelvis med et nyt radarsnit for hver 10 cm. Positionering FalkGeo bruger et GPS system med en nøjagtighed på 2-3 cm. Hvert georadarlogging bliver hængt op på en GPS måling med x, y og z-koordinat. Ved mindre undersøgelser og ved de fleste 3D undersøgelser bruges ofte relative koordinater med fast fikspunkt. Positionen af hvert enkelt målepunkt kan styres enten ved målehjul, hip-chain (målesnor) eller ved hjælp af manuelt bestemte målepunkter. Metode georadar Georadarmetoden er baseret på transmission (udsending) af elektromagnetiske pulser, der bevæger sig som bølger, ned i undergrunden, hvor impulserne reflekteres tilbage fra diskontinuiteter (genstande, laggrænser) til en modtageantenne i georadaren. Fysiske eller kemiske ændringer i undergrunden vil medføre, at noget af energien reflekteres tilbage til overfladen, mens resten fortsætter dybere ned indtil energien er tyndet ud. Dybden til reflektoren estimeres på baggrund af tiden (i nanosekunder) fra transmission til modtagelse af signalet. I profilsnit vil laggrænser vises som lag mens genstande vises som hyperbler. Metoden kan sammenlignes med et ekkolod, der dog anvender akustiske bølger. 2/4
Ved opmåling med en enkelt georadar opnås kun ét vertikalt profilsnit gennem jordlagene, et såkaldt 2D-profil. Ved at måle flere profiler ved siden af hinanden og derefter sammenkoble dem i en computer opnås et tredimentionelt billede af undergrunden, et såkaldt 3D-scan. Indtrængningsdybden af georadar signalet afhænger af signalets centerfrekvens og jordlagenes/målets konduktivitet (evne til at lede strøm). Ved undersøgelser af dybe strukturer (20-40 m) anvendes lavfrekvente georadar antenner (10-50 MHz) og ved undersøgelser i de øverste 5-15 meter anvendes mere højfrekvente antenner (100-500 MHz). Man bruger ofte tilnærmelsen D=35/σ som tommelfingerregel for penetrationsdybden, hvor σ er konduktivitet i enheden ms/m. I tabel 1 er der udregnet en række værdier for indtrængningsdybden ved brug af D=35/σ, disse kan, sammen med gennemsnitsværdier for dæmpningsværdier, give et overslag på radiobølgens indtrængningsdybde. Beregnede indtrængningsdybder Dæmpning (db/m) σ min (S/m) σ max (S/m) Dybde max (m) Dybde min (m) Luft 0 0 0 ~ ~ Asfalt, tør 2-15 1.00E-03 1.00E-01 35 0,35 Asfalt, våd 2-20 1.00E-02 1.00E-01 3,5 0,35 Beton, tør 2-12 1.00E-03 1.00E-02 35 3,5 Beton, våd 10-25 1.00E-02 1.00E-01 3,5 0,35 Sand, tør 0.01-1 1.00E-07 1.00E-03 350.000 35 Sand, våd 0,5-5 1.00E-03 1.00E-02 35 3,5 Ler, tør 10-50 1.00E-03 1.00E-01 35 0,35 Ler, våd 20-100 1.00E-01 1.00E-00 0.35 0,035 Silt 20 1.00E-03 1.00E-01 35 0,35 Ferskvand 0.01 1.00E-04 1.00E-02 350 3,5 Ferskvand is 0,1-2 1.00E-04 1.00E-03 350 35 Sne, fast 0,1-2 1.00E-06 1.00E-05 35.000 3.500 Havvand 100 1.00E-02 1.00E-01 3,5 0,35 Sandsten, tør 2-10 1.00E-06 1.00E-05 35.000 3.500 Sandsten, våd 4-20 1.00E-04 1.00E-02 350 3,5 Granit, tør 0,5-3 1.00E-08 1.00E-06 3.500.000 35.000 Granit, våd 2-5 1.00E-03 1.00E-02 35 3,5 Limestone, tør 0,5-10 1.00E-08 1.00E-06 3.500.000 35.000 Limestone, våd 1-20 1.00E-02 1.00E-01 3,5 0,35 Kul, tør 1-10 1.00E-03 1.00E-02 35 3,5 Kul, våd 2-20 1.00E-03 1.00E-01 35 0,35 Skiffer, tør 1-10 1.00E-03 1.00E-02 35 3,5 Skiffer, våd 5-30 1.00E-03 1.00E-01 35 0,35 Tabel 1: Relative værdier for indtrængningsdybden samt gennemsnitsværdier for signaldæmpningen. Af tabellen ses at vådt ler og saltvand har en stærkt dæmpende effekt på indtrængnings-dybden. Opløseligheden af signalet (evnen til at skelne mellem top og basis af et lag) er afhængig af radiobølgens hastighed i laget samt frekvensen af radiobølgen. Det antages at opløseligheden svarer til en halv bølgelængde, hvilket giver de i tabel 2 udregnede opløseligheder for forskellige centerfrekvenser og laghastigheder. 3/4
Opløselighed V (m/ns) 50 MHz 100 MHz 250 MHz 400 MHz 500 MHz Tørt sand 0,135 1,35 0,675 0,27 0,16875 0,135 Vådt sand 0,07 0,70 0,35 0,14 0,0875 0,07 Tørt ler 0,16 1,60 0,80 0,32 0,20 0,16 Vådt ler 0,06 0,60 0,30 0,12 0,075 0,06 Silt 0,09 0,90 0,45 0,18 0,1125 0,09 Vand 0,03 0,30 0,15 0,06 0,0375 0,03 Tabel 2: Udregning af vertikale opløselighed (meter) ved forskellig frekvens og litologi. Processering De indsamlede data uploades på en arbejdsstation, hvor data bliver processeret som eksemplificeret på flowdiagrammet figur 1. Det første led i processeringen er at fastlægge geometrien af ens data, dvs. afstand mellem de enkelte linjer, linjens præcise længde, samt UTM koordinater og topografi. Herefter bliver data kørt igennem en række filtreringsalgoritmer hvor uønsket støj og signal bliver filtreret fra. Da georadarsignalet mister energi med dybden, er det nødvendigt gradvist at forstærke signalet. Efter filtreringen migreres data for at tage højde for at fjerne uønskede diffraktioner fra kanter på sten, rør forkastninger, etc. Geometri- og statiskkorrektion Filtrering af støj Signal forstærkning (gain) Filtrering af støj Migration (fjernelse af diffraktionshyperbler, opretning af horisonter) Dybdekonvertering (1D, 2D eller 3D) Figur 1: Flowdiagram for processering af georadardata Til sidst dybdekonverteres data. Ved dybdekonverteringen bruges en estimeret hastighed for lagene i undersøgelsesområdet, enten ved brug af en konstant hastighed (evt. tørt sand: 0,12-0,15 m/ns) eller ved en 1D model, hvor hastigheden ændres med dybden eller en 2D model, hvor hastigheden både ændre sig vertikalt og horisontalt. Ved processeringen af data anvendes programmet RADAN fra GSSI eller programmet REFLEXW udviklet af K.J. Sandmeier, Karlsruhe, Tyskland. 4/4
FalkGeo ApS GEOFYSISKE OPMÅLINGER - VEJE - JERNBANER - ARKÆOLOGI - BETONELEMENTER - LEDNINGER Nordre Strandvej 119A, 3150 Hellebæk, Telefon: 48187566, Fax: 48187603 www.falkgeo.dk