工程物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用研究

馮達(dá)福

（柳州市勘察測(cè)繪研究院有限公司，廣西柳州 545000）

0 引言

近幾年，我國(guó)科學(xué)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，其在許多領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用，而工程物探技術(shù)在巖土工程領(lǐng)域中的應(yīng)用備受關(guān)注，該項(xiàng)技術(shù)在具體應(yīng)用過(guò)程中中取得了不錯(cuò)的效果，因此，深得人們青睞。將工程物探技術(shù)應(yīng)用在巖土工程中，能夠同時(shí)解決不同類(lèi)型問(wèn)題，而且能夠完成各項(xiàng)任務(wù)。工程物探技術(shù)與其他勘探技術(shù)相比，操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用效果良好。在具體工作開(kāi)展時(shí)，受外界地形因素影響較小，而且能夠降低作業(yè)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 采用工程物探技術(shù)的意義

工程物探技術(shù)在巖土工程中應(yīng)用意義重大，其占據(jù)著重要位置。在開(kāi)展巖土工程勘查施工期間，施工人員需要提前進(jìn)入到新工程所在區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)巖土工程情況進(jìn)行合理分析，通過(guò)勘查作業(yè)，掌握?qǐng)龅毓こ痰刭|(zhì)等情況，進(jìn)而為后續(xù)施工作業(yè)開(kāi)展提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持[1]。巖土工程勘查是一項(xiàng)復(fù)雜且對(duì)技術(shù)要求較高的工作，具體工作開(kāi)展會(huì)受到地質(zhì)環(huán)境、勘查設(shè)備精度、勘查技術(shù)等各項(xiàng)內(nèi)容約束，最終通過(guò)勘查獲取到的數(shù)據(jù)與實(shí)際情況可能會(huì)存在一定差異，如果沒(méi)有準(zhǔn)確數(shù)據(jù)支持，則無(wú)法有效促進(jìn)巖土工程施工作業(yè)的開(kāi)展。隨著人們對(duì)巖土工程物探技術(shù)研究的不斷深入，技術(shù)體系也得到了完善，出現(xiàn)了大量新技術(shù)，這些技術(shù)都被合理應(yīng)用到了巖土工程中，這可以使巖土工程勘查作業(yè)更加便捷，也提高了勘查結(jié)果精準(zhǔn)性，這能夠?yàn)閹r土工程帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益[2]。

在巖土工程勘查作業(yè)開(kāi)展期間，通過(guò)對(duì)現(xiàn)代化勘查設(shè)備，以及先進(jìn)勘查技術(shù)的應(yīng)用，能夠全面掌握巖土工程所在區(qū)域的具體情況，能夠?yàn)閹r土工程施工提供具有價(jià)值的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)巖土工程施工作業(yè)的合理指導(dǎo)。通過(guò)對(duì)勘查獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理應(yīng)用，可以采取靈活方式對(duì)施工作業(yè)開(kāi)展方案進(jìn)行適當(dāng)指導(dǎo)，采用先進(jìn)施工技術(shù)開(kāi)展，提高施工效率，確保施工安全[3]?？偠灾瑤r土工程具體施工期間，要全面結(jié)合巖土工程具體地質(zhì)因素，做好全面考量工作，進(jìn)而給出與實(shí)際情況相符的勘查方案，對(duì)收集到的勘查數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行全面應(yīng)用，制定合理勘查表格，從而指導(dǎo)巖土工程勘查作業(yè)順利進(jìn)行。通過(guò)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的合理應(yīng)用，確保施工技術(shù)作用能夠得到合理發(fā)揮，進(jìn)而為巖土工程施工作業(yè)開(kāi)展提供保障。

2 巖土工程中常用的幾種工程物探技術(shù)

工程物探技術(shù)實(shí)際上就是通過(guò)對(duì)相關(guān)儀器進(jìn)行合理應(yīng)用，在人工物理場(chǎng)及自然物理場(chǎng)開(kāi)展勘查技術(shù)，在具體作業(yè)開(kāi)展時(shí)，將該項(xiàng)技術(shù)合理應(yīng)用到地質(zhì)物體和地下巖層中，通過(guò)對(duì)其的合理應(yīng)用，能夠幫助相關(guān)工作人員全面掌握巖土工程所在區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)情況和空間信息，進(jìn)而為相關(guān)工作提供所在區(qū)域的全面的地質(zhì)空間信息，對(duì)土質(zhì)的性質(zhì)，以及相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行合理判斷，快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，采取合理措施解決問(wèn)題，為巖土工程勘查作業(yè)的順利開(kāi)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持[4]。從目前我國(guó)巖土工程中采用的工程物探技術(shù)來(lái)看，依據(jù)巖土工程的具體特點(diǎn)與應(yīng)用原理，可以將物探技術(shù)分為以下3種。

2.1 高精度磁法

該項(xiàng)技術(shù)在具體應(yīng)用期間就是通過(guò)對(duì)不同物質(zhì)的成分具有不同的磁性特性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)情況的合理勘查。具體勘查期間，要分析磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在對(duì)區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定的基礎(chǔ)上，對(duì)區(qū)域各項(xiàng)因素對(duì)磁場(chǎng)的規(guī)律的影響進(jìn)行確定。通過(guò)分析可知地下結(jié)構(gòu)磁性特征明顯，在進(jìn)行地下情況勘查時(shí)，通過(guò)對(duì)高精度磁法進(jìn)行合理應(yīng)用，能夠得到高精度勘查數(shù)據(jù)，可以為后續(xù)巖土工程相關(guān)工作開(kāi)展提供支持[5]。高精度磁法適合應(yīng)用在地面勘查、地下勘查等方面，在對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，需要全面結(jié)合巖土工程具體特點(diǎn)情況，確定是否適需要采用這一技術(shù)，從而保證獲取到的勘查結(jié)果能夠達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 淺層地震法

該方法是目前常用的一種地質(zhì)勘查技術(shù)，需要注意的是在巖土工程中對(duì)淺層地震法進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)條件要求較高，因此，該項(xiàng)技術(shù)需要應(yīng)用在具有良好施工條件工程中，只有這樣才能確保技術(shù)作用能夠得到合理發(fā)揮。對(duì)于巖土工程來(lái)說(shuō)，如果工程場(chǎng)地能夠滿足淺層地震法的應(yīng)用需求，其在具體應(yīng)用時(shí)的優(yōu)勢(shì)十分顯著，主要體現(xiàn)在勘查效果好，而且精度高等多個(gè)方面。目前，高分辨率地震反射波法已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，在具體作業(yè)開(kāi)展時(shí)，通過(guò)地層對(duì)發(fā)射波的具體干涉，以確定地層分布情況。

2.3 電法勘查

地殼中的物質(zhì)成分會(huì)存在一定差異，這一差異性也決定了電磁性質(zhì)會(huì)有所不同，而電法勘查在具體應(yīng)用過(guò)程中就是以此作為依據(jù)，而開(kāi)展勘查的一項(xiàng)工程物探技術(shù)。通過(guò)對(duì)該方法進(jìn)行應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地殼結(jié)構(gòu)，以及各個(gè)部分電磁學(xué)性能檢測(cè)，對(duì)地殼磁性分布的具體規(guī)律和磁場(chǎng)特性進(jìn)行明確，進(jìn)而幫助工作人員能夠精準(zhǔn)掌握地殼結(jié)構(gòu)。電法勘查包括瞬變電磁法、可控源音頻大地電磁法等，每一種方法的特點(diǎn)都不同。在具體作業(yè)開(kāi)展時(shí)，要依據(jù)地質(zhì)的具體特性，選擇合理的方法開(kāi)展相應(yīng)工作，對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，確保工作質(zhì)量達(dá)到預(yù)期。

3 巖土工程中對(duì)工程物探技術(shù)的應(yīng)用

3.1 工程物探技術(shù)的應(yīng)用流程

在某橋梁工程建設(shè)中，為了保證整個(gè)建設(shè)作業(yè)順利開(kāi)展，相關(guān)工作單位決定利用物探技術(shù)對(duì)橋梁的軸線及鉆孔間影響范圍中巖土結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面勘查，利用地層物性的差異，獲取地質(zhì)信息。在施工作業(yè)開(kāi)展中，要利用不同方法完成相應(yīng)作業(yè)，全面掌握工程所在區(qū)域的構(gòu)造破碎帶、深部巖溶、巖土結(jié)構(gòu)，以及軟弱夾層等內(nèi)容的具體分布情況，從而為后續(xù)工程的有效開(kāi)展提供相應(yīng)的支持。技術(shù)的應(yīng)用流程如下。

3.1.1 施工作業(yè)部署

針對(duì)該橋梁工程的具體情況進(jìn)行分析，最終決定采用高密度電法進(jìn)行應(yīng)用，完成相應(yīng)勘查作業(yè)。具體勘查作業(yè)如下：①全面結(jié)合工程物探技術(shù)具體情況，準(zhǔn)備好相應(yīng)設(shè)備資料，從而為相應(yīng)技術(shù)的具體應(yīng)用提供強(qiáng)有力的支持。②科學(xué)設(shè)置電極線與平軸線[6]。該工程一共設(shè)置了11條長(zhǎng)度為9.5m的電極線，其中8條線與橋軸線垂直布置，而對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)線，需要將間距控制在40~112m之間，而其余3條則與橋軸線相平行布置，間距需要控制在21m左右。而布置的6條長(zhǎng)度為6.2m的電極線，與橋軸線平行和垂直的電極線各3條。

3.1.2 鉆探驗(yàn)證

與相應(yīng)技術(shù)要求進(jìn)行適當(dāng)結(jié)合，在開(kāi)展鉆孔作業(yè)時(shí)，終孔深度需要達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而且要依據(jù)具體鉆探結(jié)果，全面分析巖體完整性，依據(jù)分析結(jié)果，開(kāi)展相應(yīng)施工作業(yè)。在具體作業(yè)開(kāi)展時(shí)，施工人員在完成鉆孔作業(yè)后，需要對(duì)鉆孔的具體情況進(jìn)行合理的測(cè)試，而且，在整個(gè)作業(yè)開(kāi)展期間，要保證測(cè)試作業(yè)能夠順利進(jìn)行。需要工作人員注意的是，如果要利用電磁波CT開(kāi)展測(cè)試鉆孔，要完成測(cè)試作業(yè)后，將直徑5cm的PVC管放入，保證孔壁不會(huì)遭受破壞，保證孔壁完整，進(jìn)而為相應(yīng)測(cè)試作業(yè)開(kāi)展提供足夠的空間。

3.1.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)作業(yè)

該試驗(yàn)是分析區(qū)域巖土條件的一項(xiàng)重要內(nèi)容，試樣采集要在工程所在區(qū)域范圍內(nèi)開(kāi)展，同時(shí)，還要利用專(zhuān)業(yè)人員或?qū)嶒?yàn)室開(kāi)展分析工作，從而對(duì)巖土承載力、巖土屬性各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行合理判斷。需要注意的是，除了分析巖土性能外，還要檢查工程所在區(qū)域的水樣，主要包括地下水、地表水水質(zhì)，這些內(nèi)容都會(huì)對(duì)工程土質(zhì)造成影響，因此，要對(duì)水樣進(jìn)行分析，確定其具體成分，從而為后續(xù)相應(yīng)工作的開(kāi)展提供支持。在對(duì)工程所在區(qū)域巖土采樣方面，在工程案例中一共取樣360份，通過(guò)詳細(xì)分析可以發(fā)現(xiàn)，工程區(qū)域內(nèi)的第四系覆蓋層總體薄，而且分布不均勻。進(jìn)行水樣采樣方面，針對(duì)工程所在區(qū)域的水文地質(zhì)單元和河水情況進(jìn)行分析，做好取樣分析，對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行應(yīng)用，從而為工程后續(xù)建設(shè)作業(yè)開(kāi)展提供相應(yīng)的參考依據(jù)。

3.2 工程物探技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用分析

工程物探技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用十分廣泛，主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面。

3.2.1 合理劃分界面

采用工程物探技術(shù)合理劃分界面，可以幫助相關(guān)工作人員全面掌握勘察區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造，精準(zhǔn)區(qū)分不良地質(zhì)界面。例如，在巖土工程選址時(shí)，為了能夠全面掌握區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造情況，需要設(shè)置淺孔，要將少量炸藥填入到該區(qū)域，將其作為震源，再利用多道瞬態(tài)瑞雷波法，完成對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘查，確定探明區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造情況，為工程選址提供精準(zhǔn)地質(zhì)信息。

3.2.2 精準(zhǔn)判斷形態(tài)

將工程物探技術(shù)應(yīng)用在巖土工程中，能夠精準(zhǔn)判斷地下形態(tài)，主要包括的內(nèi)容有地下物理埋深、地下物體形態(tài)、地下界面形態(tài)等各項(xiàng)內(nèi)容。例如，通過(guò)對(duì)探地雷達(dá)法進(jìn)行應(yīng)用，勘查工程區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造情況，而且利用不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)射的雷達(dá)波差異性，分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)。若在勘查期間，發(fā)現(xiàn)某一層雷達(dá)波相同軸，發(fā)生了間斷現(xiàn)象，可以確定勘查區(qū)域存在大量碎石，而且存在的碎石對(duì)于地層下部土層會(huì)造成一定擠壓，這會(huì)對(duì)土層分布情況造成不良影響，導(dǎo)致土層分布不均勻，這也是導(dǎo)致反射雷達(dá)波出現(xiàn)不均勻的主要原因。

3.2.3 參數(shù)測(cè)試

巖土工程勘查期間，利用工程物探技術(shù)能夠完成對(duì)工程區(qū)域情況的勘查，通過(guò)勘查可以使施工人員得到細(xì)致、全面、準(zhǔn)確的地質(zhì)資料，在大量數(shù)據(jù)支持下，可以為巖土工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工組織等各項(xiàng)工作開(kāi)展提供強(qiáng)有力支持，保證各項(xiàng)工作順利開(kāi)展。

3.2.4 質(zhì)量檢測(cè)

巖土工程施工中存在大量隱蔽工程，對(duì)于工程的質(zhì)量要求高，而且控制起來(lái)難度較大，工程竣工后，需要采取合理措施對(duì)工程情況進(jìn)行檢測(cè)，這也會(huì)對(duì)工程質(zhì)量控制造成一定影響。利用工程物探技術(shù)，可以完成對(duì)巖土工程中各項(xiàng)工程質(zhì)量情況進(jìn)行全面檢測(cè)，落實(shí)好巖土質(zhì)量控制工作。例如，在改建某電廠擴(kuò)建中，考慮到該項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)涉及沙灘、海積階地、丘陵等，具體施工開(kāi)展時(shí)，為了提高工程質(zhì)量，要采取加固方式對(duì)工程地基進(jìn)行處理，為了提升工程質(zhì)量，確保其能夠滿足應(yīng)用需求，工程竣工后，要檢測(cè)地基穩(wěn)定性[7]。具體檢測(cè)時(shí)需要采用瑞雷波法和平板荷載試驗(yàn)法進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)比分析加固前后的瑞雷波速度，一般來(lái)說(shuō)，加固后瑞雷波法速度要高出加固前很多，同時(shí)，依據(jù)瑞雷波頻散曲線，對(duì)回填厚度進(jìn)行確定。需要注意的是，針對(duì)巖土工程來(lái)說(shuō)，如果僅采用一種工程物探技術(shù)，獲取到的成果可能會(huì)存在一定不足，因此，在具體工作開(kāi)展時(shí)，要采用綜合物探技術(shù)，提高巖土工程勘查質(zhì)量。

4 工程物探技術(shù)的應(yīng)用前景

4.1 地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)

目前，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)十分成熟，其被廣泛應(yīng)用到了巖土勘查中，通過(guò)對(duì)地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，能夠使工程勘查精度和效率都能夠得到進(jìn)一步提高。但是，從實(shí)際情況來(lái)看，采用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，其在應(yīng)用期間的勘測(cè)深度不夠，而且在探測(cè)期間，容易受到金屬物體的影響，這也是后續(xù)研究的主要方向。

4.2 地震波層析成像技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)在具體應(yīng)用過(guò)程中主要是通過(guò)對(duì)淺層地震儀進(jìn)行應(yīng)用，完成對(duì)工程地質(zhì)情況的勘查。采用該項(xiàng)技術(shù)，一方面能夠排除地面上的各種障礙物，另一方面也能夠完成對(duì)地層中風(fēng)化層的分析。勘查人員通過(guò)對(duì)地質(zhì)鉆探技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，探測(cè)地層深層次剖面的具體情況。地震波層析成像技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，主要受電纜長(zhǎng)度和鉆探深度的約束，針對(duì)地層的深層次勘查，要加深鉆探深度，采用較長(zhǎng)的電纜，如果鉆探過(guò)深，難以確保電纜傳輸穩(wěn)定，這會(huì)對(duì)成像清晰度造成影響，導(dǎo)致最終勘察精度無(wú)法滿足需求。而隨著鉆探施工技術(shù)，以及遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，地震波層析成像技術(shù)受到的制約因素越來(lái)越小，其應(yīng)用范圍也更加廣泛。

4.3 隧道地震勘探法

該方法是近幾年發(fā)展而來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，其被合理應(yīng)用在不同類(lèi)型的隧道工程中，同時(shí)，也被廣泛應(yīng)用到煤礦井下斷層探測(cè)中，取得了不錯(cuò)勘查效果。在具體作業(yè)開(kāi)展時(shí)，通過(guò)對(duì)高靈敏度地震檢波接收器進(jìn)行應(yīng)用，收集隧道單側(cè)壁上多個(gè)地震激發(fā)點(diǎn)形成的地震波，以及在圍巖傳播中遇到不同反射界面后發(fā)生的發(fā)射波，合理處理和解釋發(fā)射波截面數(shù)據(jù)，然后依據(jù)地質(zhì)情況，對(duì)斷面、巖石破碎帶情況進(jìn)行合理預(yù)測(cè)。

5 結(jié)語(yǔ)

將工程物探技術(shù)合理應(yīng)用在巖土工程中，一方面能夠落實(shí)好相應(yīng)的勘查作業(yè)，另一方面也能夠?yàn)楹罄m(xù)巖土工程建設(shè)提供支持。因此，相關(guān)單位需要提高對(duì)工程物探技術(shù)的重視，加強(qiáng)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用與分析，從而使其作用能夠得到合理發(fā)揮。