工程物探新技術在巖土工程中的應用及發展

  1.前言

 

  工程物探是在原地球物理勘探基礎上發展而來，五、六十年代服務于水文地質、工程地質，成為工程勘察的一個組成部分。上世紀八十年代，隨著國民經濟的高速發展，推動了電子技術的發展，計算機技術開始廣泛應用于各個技術領域，從而帶動了工程物探技術的發展。工程物探緊隨工程勘察向巖土工程延伸、向巖土工程測試、監測、檢測轉化，已成為巖土工程的一個組成部分。工程物探技術，周期短，成本低，信息量大，服務面廣，是無損檢測，其作用和地位得到了肯定。

 

  2.工程物探技術方法與設備

 

  在中國，工程物探始建于上世紀50年代，近二十年來有了較大發展，目前主要開展的方法有：淺層地震（反射波法、折射波法）、面波法、地震映象法、高密度電法、地質雷達、瞬變電磁法（TEM法）、工程CT（層析成象技術）、樁基無損檢測技術、地下管線探測技術、工程測井、聲波探測和常時微動測試等。

 

  2.1淺層地震法

 

  淺層地震法是根據地下介質的波阻抗差異，利用縱波勘探的一種人工地震探測方法，可以用于研究與巖土工程有關的地質、構造、巖土體的物理力學特性，測定覆蓋層厚度，確定基巖埋深起伏情況，查找構造追索斷層等。

 

  2.2瑞利面波法

 

  瑞利面波法是根據地下介質的物性差異，利用瑞利面波勘探的一種人工地震探測方法。該方法具有能量大，衰減慢，在不同介質中傳播進程中遇到密度變化時會出現頻散現象，速度突然變化，在頻散曲線上出現異常。可用于探測地下異常體及密度變化情況。

 

  2.3地質雷達

 

  地質雷達是根據地下介質的電性差異，利用電磁波檢測地下異常體或地層分層的一種檢測方法，天線中心頻率不同，探測深度及分辨率，隨之改變，可根據具體情況選擇不同天線。該方法可用于基礎處理的質量監理，地下異物，地下洞室開挖的預報測深。

 

  2.4高密度電法

 

  高密度電法原理與普通電法相同，是利用地下介質的電性差異，人工供電測量一次場分布的探測方法，但它集中了剖面法和測深法的功能，施工效率高，信息量大。可用于管線調查，物探找水，采空區、巖溶、滑坡等災害的物探調查。

 

  2.5瞬變電磁法

 

  瞬變電磁法是觀測二次場，具有體積小，受地形影響小，縱向分辨率高，工作效率高等優點，可用于判斷地質體的電性、產狀、規模。

 

  2.6工程測井

 

  是利用鉆孔作地下物探的一種方法。在孔內放置各種傳感器，接收采集孔內地球物理信息，進而分析推斷孔壁的地質特征，可劃分地層，地質剖面，區分巖性，確定巖石的物理參數，研究孔壁及孔內技術情況（裂隙、巖溶、孔徑、孔斜等地質問題，以及砼離析、空洞等施工問題）。目前常用的測井方法有：電測井、波速測井、聲波測井、電磁波測井、放射性測井，井中電視；井徑、流量測井等。

 

  2.7工程CT

 

  工程CT是在其它方法獲取大量信息基礎上，利用代數重現，聯合迭代，反褶積等計算方法，重視被測體的二維或三維圖象。可用于多種物理探測的資料處理。

 

  2.8 設備

 

  改革開放前，我國物探設備相對較簡陋，主要是來自前蘇聯及東歐以及國內仿制設備。20世紀八十年代后，引進了歐美等西方國家的先進設備，以及隨著我國經濟及科技水平的高速發展，涌現出的大量的高性能國產物探設備。國產設備在數據采集記錄，處理分析等方面有了突破性進展，極大地促進了物探技術的發展與進步。目前我們使用較多的儀器有北京水電物探所生產SWS多波工程勘探儀；武漢巖海生產的樁基檢測儀，聲波儀，載荷儀；重慶地質儀器廠生產的地震儀高密度電法儀；徐州建工所生產的載荷儀，還有中科院巖土所、物化探所、力學所生產的各種儀器和傳感器等，這些設備的性能已接近或達到國外儀器的水平，為物探技術的繼續發展鋪設了道路。

 

  3.應用及發展

 

  3.1 應用

 

  工程物探的服務對象已從過去的工程地質、水文地質發展到現今的巖土工程。如今已作為巖土工程勘察、施工、檢測過程中的一種手段，為勘察、設計施工、檢測提供數據。

 

  工程物探相對于其它勘察手段來說，探測速度快，信息量大（測點連續），在成本上有較大優勢，和其它勘察方法結合起來解釋可以達到較高的解釋精度，勘察中常用到高密度電阻率法，淺層地震法，瞬態面波法，井中電磁波法檢層波速測試等，有效地協助巖土工程師圈定巖溶，追索構造，劃分巖性，確定基巖埋深，查找各類不良地質體，提供巖土層物理力學參數等，且成果直觀，易于非專業人員判讀。

 

  在施工中,可以幫助監理工程師控制施工質量,如：基礎處理效果的實時測試,基樁灌注前入巖深度,沉渣厚度以及垂直度的確定,有了物探技術的支撐,工期及施工質量將得以保證。

 

  在施工質量檢測方面，工程物探檢測技術是主要手段。地基加固可以用瞬態面波法，地質雷達進行施工前后的對比分析，結合其它手段判定處理效果。樁基檢測中，無損檢測技術則作為主要檢測手段，主要是因為動測成本低、周期短，可以加大檢測比例，更全面的了解施工的質量。

 

  3.2 今后物探技術的應用及發展主要表現在以下幾個方面：

 

  1）工程物探技術要適應巖土工程勘察不斷發展的要求，進一步提高物探技術人員的素質，特別是針對不同工程條件合理選用綜合物探方法和對各種物理參數的解釋能力。

 

  2）進一步研究各種物探技術方法對不同地球物理前提的適用性，避免濫用。針對一般情況下巖土工程勘察勘探深度不大，但分辨和定量解釋精度要求高的特點，推廣使用面波、多道瞬態面波技術與高密度電法、地下管線探測等方法，并加強電磁、地震波成像技術的研究和工程應用。 3）開展綜合物探技術在巖土工程勘察勘察中的應用,研究提高各種物探手段勘察精度的方法。

 

  4）研究開發適合城市和城市周邊建筑區勘探要求的、具有較大勘探深度和較高精度物探方法，加強適合城市環境背景條件（高噪聲、多其它干擾）下有效的水、油、氣管網測漏儀器的研制及準確定位方法的研究。

 

  5）進一步加強對基樁動測技術的研究，在基樁完整性檢測中，由定性向定量發展；在基樁承載力檢測中，通過動、靜試驗的對比研究，提高對承載力的測試技術和數據處理水平。

 

  6）進一步加強工程物探中計算機技術的應用，并注意軟硬件的適用性和采用的數學模型、物理力學參數的準確性和代表性。提高技術人員的應用水平和成果的可信度。

 

  綜上所述，由于電子技術，計算機技術的廣泛應用，工程物探技術在勘察精度和勘察能力方面有了較大提高，已經從定性分析發展為定量、半定量分析，另外加上工程物探技術本身探測速度快，檢測點密度大，成本低，所以工程物探技術已成為解決工程建設問題必不可少的非常有效的高科技手段。

 

  由于工程物探是無損檢測、間接探測。在工作中，我們要充分考慮到巖土體的不均勻性、不可視性、被測物體分布的復雜性以及測試資料的多解性。要本著從已知到未知的原則,用已知資料解釋未知資料，未知資料經驗證后成為新的已知,如此往復,積累經驗,不斷提高。只要物探工作者長期努力探索，實踐下去物探技術會在更多的領域占有一席之地。