一、前言

 

  近二十年來,工程物探技術(shù)取得了飛速的發(fā)展,集中體現(xiàn)在根據(jù)彈性波理論、電磁波理論和電學(xué)原理發(fā)展而來的各種工程物探技術(shù)。其主要有淺層地震反射波法、淺層地震折射波法與彈性波測井、面波法、多道瞬態(tài)面波法、多波地震映象法、高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)、TEM法、電磁波層析成象技術(shù)(CT)、樁基無損檢測技術(shù)、地下管線探測技術(shù)等。這些新技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的工程建設(shè)項目上,解決了諸多以前用傳統(tǒng)勘察方法無法解決的巖土工程技術(shù)難題。工程物探作為一種新的、有效勘探、檢測手段被越來越多的巖土工程、設(shè)計人員所接受。 但是,各種工程物探方法的有效性決定于它對探測對象物性的適用性,物性條件的適用性越強(qiáng),解決問題的可靠性越大,因此,為了有效地解決某些巖土工程復(fù)雜的技術(shù)難題,必須采用多種工程物探手段聯(lián)合使用,互相補充、互相驗證,即綜合工程物探技術(shù)。

 

  二十多年來,眾多工程物探技術(shù)發(fā)展的成熟程度不盡相同。在巖土工程專業(yè)方面應(yīng)用最廣泛的主要是由彈性波理論發(fā)展而來的面波勘探技術(shù)、多波地震映像技術(shù)、淺層地震反射波和折射波勘探技術(shù)、彈性波測井技術(shù)和彈性波無損檢測技術(shù),它們被廣泛應(yīng)用于巖土工程勘察、巖土工程治理和工程質(zhì)量檢測。

 

  二、工程物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用

 

  1、巖土工程勘察 由于工程物探技術(shù)可以利用連續(xù)加密測點的資料從而獲得連續(xù)的地質(zhì)界面,因此能有效地解決傳統(tǒng)鉆探手段以點帶面劃分地質(zhì)界面方法常帶來的漏判、劃分不準(zhǔn)確等缺點,并且能有效地解決傳統(tǒng)勘探手段難于解決的諸多巖土工程問題,如地下不明物體、洞穴、滑動面、軟弱結(jié)構(gòu)面、斷層、破碎帶等在地下的分布特征、形態(tài)、埋藏深度、位置。相對 傳統(tǒng)的鉆探方法,工程物探技術(shù)的使用受場地、地形條件的限制較少,具有節(jié)省時間、節(jié)省費用、勘探精度高等特點。合理地選擇、運用工程物探技術(shù)與傳統(tǒng)勘探手段相結(jié)合,無疑是在激烈的勘察市場競爭中制勝的法寶之一。

 

  在巖土工程勘察工作中應(yīng)用最為廣泛、發(fā)展最快的是彈性波技術(shù)。由于它是利用介質(zhì)傳遞彈性波的特點來揭示地下物體界面,當(dāng)?shù)叵挛矬w的界面物性差異較大時,彈性波就會從運動學(xué)和動力學(xué)兩個方面表現(xiàn)出異常來。例如:SWS工程勘察與工程檢測儀,其成果可以繪制地下剪切波速度等值線圖,清晰再現(xiàn)地下介質(zhì)的物性。其次是電磁波技術(shù)和電法技術(shù),其主要代表是地質(zhì)雷達(dá)勘探方法和高密度電法。工程物探方法的適用范圍和適用條件在國家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)的有關(guān)條文和條文說明已有明確的規(guī)定,在此不一一贅述。

 

  采用彈性波速度測井技術(shù)和場地常時微動測試可以獲得建設(shè)工程抗震設(shè)計、建設(shè)場地和地基地震效應(yīng)評價所需的巖土動力參數(shù)和設(shè)計地震動參數(shù),如動剪切模量、剪切波速、動泊松比、動彈性模量、卓越周期、結(jié)構(gòu)自振周期等。他們是建筑場地的類別劃分、地震作用和結(jié)構(gòu)抗震驗算的主要依據(jù)。

 

  2、巖土工程檢測

 

  工程物探技術(shù)在巖土工程檢測方面的主要作用是地基加固效果的質(zhì)量檢測、大壩的碾壓密實度、路基的密實度、混凝土構(gòu)件、基樁的質(zhì)量檢測和評價。常用的方法有瞬態(tài)面波法、地質(zhì)雷達(dá)、彈性波速度測井等,主要通過彈性波速度和電磁波速度與原位測試試驗值以及密實度之間建立相關(guān)關(guān)系,通過施工前后的檢測結(jié)果進(jìn)行對比分析。此外,根據(jù)彈性波和電磁波在介質(zhì)中傳遞的速度變化可以對大壩及建構(gòu)筑物等混凝土構(gòu)件的裂縫進(jìn)行檢測,掌握裂縫狀況和有關(guān)參數(shù),判斷對在建構(gòu)筑物的危害程度及研究相應(yīng)的補強(qiáng)措施。

 

  另外還可以檢測混凝土路面、瀝青路面、墊層的厚度等。 樁基無損檢測是工程物探技術(shù)在建設(shè)工程施工質(zhì)量控制應(yīng)用最為廣泛的一種重要技術(shù)手段。主要的測樁方法分為動力測樁法和聲波測樁法兩種,它是根據(jù)彈性波傳遞速度變化來判斷砼質(zhì)量、樁身缺陷和缺陷的位置、樁的施工長度和樁的形狀等,具有成本低、速度快,適合大面積檢測,并且可以隨機(jī)抽樣,而在國內(nèi)外被廣泛采用。

 

  三、工程物探資料的分析和解釋

 

  工程物探數(shù)據(jù)的野外采集是工程物探工作的關(guān)鍵。如何把野外采集的有關(guān)數(shù)據(jù)通過內(nèi)業(yè)的分析、計算、解釋成工程地質(zhì)資料對物探工程師來說更為重要。解釋成果的正確與否直接影響到巖土工程師對巖土工程問題的分析、判斷和處理方案的選擇,事關(guān)工程的安全。這就需要物探工程師除了擁有深厚的本專業(yè)知識外,還要有豐富的巖土工程專業(yè)知識。

 

  工程物探資料的分析和解釋,以彈性波勘探方法為例。首要的任務(wù)是分離和壓制妨礙分辯有效波的干擾波,保留能夠解決某一特定工程地質(zhì)問題的有效波。從理論上說,可以通過硬件和軟件來實現(xiàn),但實際上分離和壓制是有限度的,而干擾波的存在是永遠(yuǎn)的。物探工程師只有具有豐富的實踐經(jīng)驗,才能在眾多的測試數(shù)據(jù)中識別出干擾波和有效波,去偽存真,得到真實的解釋成果。

 

  其次由于物探方法的多解性,因此,工程物探資料的分析、解釋成果還必須與鉆探、原位測試、室內(nèi)試驗成果等進(jìn)行對比、驗證。在對比中兩者不一致的情況時有發(fā)生,對此要具體分析,關(guān)鍵是否做出正確解釋,比如彈性波物探方法是根據(jù)彈性波在巖土體中的傳播速度來劃分地層界面。但是由于彈性波速度反映的是地層的力學(xué)性質(zhì),不同的地層可能具有不同的力學(xué)性質(zhì),也可能具有相同或相近的力學(xué)性質(zhì)。當(dāng)彈性波速度相同或相近,兩個地層緊接在一起時,在解釋上便可能出現(xiàn)同一速度層。出現(xiàn)這種情況并不可怕,怕的是由于其它干擾波的疊加、影響造成的假判、誤判,造成解釋成果出現(xiàn)較大的偏差。

 

  只有通過對比、驗證、積累經(jīng)驗,才能促進(jìn)分析、解釋技術(shù)水平的提高。物探工程師對物探資料的解釋、分析是借助巖土體力學(xué)性質(zhì)變化特征去認(rèn)識巖土體的內(nèi)在本質(zhì),而巖土工程師是從地質(zhì)學(xué)的角度、巖土體的外表特征去認(rèn)識和判別巖土體的內(nèi)在本質(zhì)。 四、工程物探與巖土工程的關(guān)系 工程物探從學(xué)科上講是一個獨立的學(xué)科,但在工程勘察領(lǐng)域它是一種為巖土工程服務(wù)的綜合應(yīng)用技術(shù)。

 

  巖土工程師解決巖土工程問題,就好比醫(yī)生給患者看病一樣,通過表面的病情了解、觀察,初步判斷其病因,然后選擇必要的檢查手段,如血液、尿液常規(guī)檢查、CT、X光透視、B超等,根據(jù)檢驗技術(shù)人員提供的檢查結(jié)果,綜合分析,最終確定病因或病灶位置,根據(jù)診斷結(jié)果,采取必要的治療措施,達(dá)到為病人治病的目的。而物探工程師就好比上述提供檢查手段和檢查結(jié)果的技術(shù)人員。兩者之間是一種相輔相成的關(guān)系。 巖土工程師需要物探工程師解決的巖土工程問題歸納有 以下幾個方面:

 

  1、界面問題:主要有巖土體的界面劃分,地質(zhì)構(gòu)造和軟弱結(jié)構(gòu)面的判定,以及不良地質(zhì)體的地質(zhì)界面等。

 

  2、形態(tài)問題:主要有不明地下物體、空洞,以及界面的分布形態(tài)、埋藏位置和埋藏深度等。

 

  3、參數(shù)問題:巖土工程勘察、設(shè)計所需的各種參數(shù),如動力參數(shù)、卓越周期、結(jié)構(gòu)自振周期、剪切波速等。

 

  4、施工質(zhì)量檢測:地基加固效果的對比、樁基檢測、其它工程質(zhì)量方面檢測。 巖土工程師在接受工程勘察任務(wù)后,應(yīng)根據(jù)勘察技術(shù)要求、地場巖土條件、需要解決的問題等,確定是否采用工程物探技術(shù)手段,確定之后應(yīng)向物探工程師提出明確的勘察任務(wù),即所需查明的目的層或目的物;物探工程師則應(yīng)根據(jù)目的層和目的物的性質(zhì),結(jié)合測區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌特征、地震地質(zhì)條件等因素,選擇可行的工程物探方法,然后進(jìn)行測線設(shè)計和工作前的試驗工作,確定最佳的采集裝置,再正式開展工作。

 

  巖土工程師如何用好工程物探技術(shù)?物探工程師如何更好地為巖土工程服務(wù)?我們知道,任何一項技術(shù)都有它的適用性和局限性,只有了解它、認(rèn)識它才能用好它,這就需要兩個專業(yè)經(jīng)常進(jìn)行技術(shù)交流,知識互相滲透,并且通過工程實踐,掌握對方的工作性質(zhì)、目的、方法和特點,才能更好地服務(wù)于對方,達(dá)到共同提高、共同進(jìn)步的目的。

 

  五、結(jié)束語

 

  1、工程物探技術(shù)經(jīng)過二十多年的發(fā)展,已經(jīng)從定性分 析逐漸發(fā)展到目前的半定量分析及定量分析,許多物探成果可以提供定量的巖土力學(xué)參數(shù),直接應(yīng)用于巖土工程設(shè)計、施工,可以并且應(yīng)該被巖土工程師和結(jié)構(gòu)工程師所接受。

 

  2、各種工程物探技術(shù)都有它的適用性與局限性,應(yīng)根據(jù)被探測的目的層或目的物的埋深、規(guī)模及其與周邊介質(zhì)的物性差異,合理地選擇一種或幾種有效的工程物探方法。工程物探成果解釋時應(yīng)考慮其多解性,應(yīng)區(qū)分有用信號與干擾信號。

 

  3、正式開展工程物探工作之前,應(yīng)認(rèn)真做好前期試驗工作,認(rèn)真做好對比研究,選擇最佳的采集方案和最佳的采集裝置,這是保證勘探成果質(zhì)量的前提條件。

 

  4、工程物探成果應(yīng)該通過與鉆探、原位測試、試驗成果進(jìn)行對比、驗證,并建立相對應(yīng)的經(jīng)驗關(guān)系,從而建立起一系列定量分析、判斷標(biāo)準(zhǔn),使工程物探技術(shù)和成果更好地應(yīng)用于巖土工程專業(yè)。