Las anomalías geológicas kársticas en las ubicaciones de los pilotes afectan significativamente la capacidad de carga y la seguridad de construcción de los pilotes, lo que representa un desafío importante para la urbanización. Se requieren métodos geofísicos de sondeo para extender el rango de detección e identificar vacíos kársticos que se encuentran en las ubicaciones de los pilotes y cerca de los sondeos perforados. En este artículo, desarrollamos un prototipo de radar de penetración terrestre (GPR) de un solo sondeo de pequeño diámetro y cerca del offset. Se sugirió un método de procesamiento de señales que combina el análisis de señales complejas mediante la transformada de Hilbert (HT) y el filtrado de medios para diferenciar la débil onda retrodispersada del ruido de fondo del sondeo. Se utilizó un experimento controlado de sondeo horizontal para demostrar la aplicabilidad del prototipo y las ventajas del método de análisis de señales antes de su aplicación en un proyecto real. La prueba controlada presentó tres eventos de onda típicos correspondientes a una interfaz suelo-roca, fracturas de roca y vacíos kársticos. Se realizaron pruebas de campo en un proyecto de extensión de puente de autopista en un área kárstica urbana. Se identificaron múltiples vacíos kársticos, hundimientos, fracturas de roca y roca madre integrada mediante el análisis de cuatro escenarios de detección típicos. La remediación de los vacíos kársticos y una estrategia de construcción de pilotes perforados rotativos con revestimiento de acero en tiempo real fueron diseñadas en base a los resultados de la investigación. La retroalimentación de la construcción demuestra que la detección de radar de un solo sondeo es efectiva para la investigación de anomalías en las ubicaciones de los pilotes en áreas kársticas urbanas.