浅谈工程物探技术在土木工程中的实际应用

浅谈工程物探技术在土木工程中的实际应用

摘要：工程物探是地球物理勘探的一个分支，工程物探技术在土木工程中发挥了重要的作用，本文通过阐述地球物理勘探和工程物探技术（主要是工程地震勘探）的方法和原理来简单分析它在土木工程中的实际应用，如在岩土工程勘察、工程质量检测等方面的应用，并简单叙述了一下工程物探技术的发展。

关键词：工程物探技术；土木工程；桩基检测；应用

工程物探是地球物理勘探在工程工作中的应用分支。地球物理勘探是通过观察和研究各种地球物理场的变化来解决地质问题的一种勘察方法。组成地壳的不同岩土介质往往在密度、弹性及导热性等方面存在差异，这些差异将会引起地球物理场的变化，这种变化称为地球物理异常。地球物理勘探就是通过专门的仪器和设备观测这些异常，取得它们的分布及形态等资料然后进行分析研究确定岩土介质的性质，从而达到解决地质问题的目的。

随着现代科学技术的蓬勃发展，物探技术可以分为几大类：以介质弹性差异为基础，研究波场变化的地震勘探和声波勘探；以介质电性差异为基础的电法勘探；以介质密度差异为基础的重力勘探；磁法勘探；核地球物理勘探；地热勘探等。

近二十年来，工程物探技术取得了飞速的发展，集中体现在根据弹性波理论，电磁波理论和电学原理发展而来的各种工程物探技术，其中主要是浅层地震反射波法、浅层地震折射波法、面波法、高密度电法、地质雷达、桩基无损检测技术等。这些新技术已经被广泛应用于各行各业，尤其在土木工程、地质工程中用处尤为突出，解决了诸多以前用传统勘察方法无法解决的技术难题。其作为一种新的、有效的勘探检测手段被越来越多的设计人员和土木工程师们所接受。

在众多工程物探技术的发展的成熟程度不尽相同。在土木工程中应用最广的主要是弹性波、弹性波无损检测、弹性波测井技术、浅层地震反射波折射波勘探技术，它们被广泛应用在土木工程勘察和岩土工程治理、工程质量检测中。

一、工程物探技术在工程中的应用

1.岩土工程勘察

由于工程物探技术可以利用连续加密测点的资料从而获得联系的地质界面，

因此能有效地解决传统钻探手段以点代面划分地质界面的方法常带来一些缺陷的问题。如地下不明物体、软弱结构面、断层等在地下的分布特征、形态、位置等相对传统的钻探勘察方法。工程物探技术使用受场地、地形限制很少，勘探精度也较高，现在运用传统的勘察和工程物探技术相结合的方法无疑在激烈的勘察市场竞争中制胜的法宝。在岩土工程勘察中应用发展最快的是弹性波技术。由于它是利用介质传递弹性波的特点来揭示地下物体界面，当地下物体的界面无形差异较大时，弹性波就会从运动学和动力学中表现出差异来。例如SWS工程地震仪其成果可以绘制出地下剪切波等图形，采用弹性波测井技术可以获得建筑工程抗震设计，地基地震评价所需的参数，它们是建筑场地的类别划分、地震作用和结构抗震验算的主要依据。

2.工程质量检测

工程物探技术在岩土工程检测方面的主要作用是地基的加固质量效果检测、大坝的碾实密实度、路基的密实度、混凝土构件、桩基质量检测等。常用的方法是瞬态面波法、地质雷达、弹性波测井等主要通过弹性波方法与原位测试试验及密实度之间建立相关关系，通过施工前后代的检测结果对比分析。还可以对建筑构件、大坝等混凝土的裂纹进行分析，掌握裂纹状况和有关参数，判断对建筑物的危害程度及研究相应的补强措施，还可以检测混凝土路面、沥青路面的厚度等。

桩基无损检测是工程物探技术的在建筑施工质量控制应用最为广泛的一种重要手段。因为随着高层、大型工程的蓬勃兴起，桩基础在我国得到了广泛的应用。由于地质条件、施工技术等因素的影响，导致许多桩基础存在断裂、离析等质量问题，严重影响建筑物的安全，因此用物探方法进行无损检测方法很快应用在工程检测中，主要包括锤击法和机械抗阻法。锤击法主要是一种瞬态动测法，嵌在土中的桩基相当于一根在阻尼介质中上端自由而下端弹性连接的弹性杆。当在桩顶或桩侧施加外力F时,桩内相邻质点的应力要发生变化，产生弹性波，利用埋置在桩顶部的速度检波器，即可接收这些信号，经过分析和处理即可得到桩体的质量和承载力水平。所用到的仪器为工程质量检测仪，固有频率为10~100赫兹纵横波速度（加速度）检波器。用仪器进行资料采集后就可以运用地震波的方法知识进行解释。分别判定所测桩它的质量如何，它的质量缺陷在哪里，还可以用机械阻抗法来检测桩基，所用到的检测系统的变频信号发生器的输出频率为5~1500赫的自动扫面正旋信号给功率放大器。由它推动桩顶中心的激振器向桩施加幅值不变的动态激振力，使桩产生稳态振动，信号经过放大后与微机相连，可轻松的进行计算和打印输出成果图件。总之用物探方法进行桩基检测是非常方便的，实践证明利用弹性波技术检测桩基质量，具有成本低、速度快等一系列优点，但它要满足一维弹性杆件的假设条件（L/D＞6），L为桩长，D为桩颈；另外对同一桩的多次缺陷反应较差，对夹泥、离析较难区分；另外在野外现场条件要求较高，这样可以获得准确的原始资料。

三、工程物探和土木工程的关系

工程物探的野外采集工作是工程物探工作的关键。要把野外的工作通过分析、计算解释成工程地质资料对物探工程来说更为重要。解释成果的正确性直接影响到判断的准确性。另外工程物探的分析还要和工程钻探、原位测试土工试验相结合，在对比发生结论不一致时应该综合考虑。因为弹性波物探方法是通过弹性波在岩土体的传播速度来划分地层界面。但弹性波反映的是地层的力学性质，不同地层有不同力学性质，也可能有相似的力学性质。这样就会产生相似的弹性波，在解释上就有可能出错。另外还可能在弹性波中有其它干扰波造成误判、假判，造成解释成果出现较大偏差。只有通过对比、验证、积累经验才能促进分析、解释技术的提高。

对于土木工程来说很多问题都需要近一步的解释，就拿桩基检测来说吧如果我们要得到每根桩的质量和强度，如果用压力机或静力荷载可以把桩的承载力得到，这样势必要毁坏桩，但如果我们用物探的方法来检测桩强就可以很方便的得到所要的结果还不会毁桩。这只是一个很小的例子，总之工程物探可以在土木工程中发挥重要的作用，另外物探工程师在进行舞坛测试和资料解释时也要根据所在地区的岩土工程、地质工程资料来综合考虑，二者的关系是紧密不可分的。

总之，工程物探技术在土木工程中发挥了重要的作用，通过地球物理勘探我们可以从不同的波介质中来反映工程的性质，比如反射波、折射波等。工程物探技术在近二十年的发展中、已经从定性分析逐渐发展到目前的半定量分析及定量分析，许多成果已经提供定量的岩土工程参数，直接为土木工程设计并为土木工程师们所接受。但工程物探技术都有它的适用性和局限性，应该根据被探的目的层或目的物的埋深、规模及其周边的介质物性差异，合理选择工程物探方法，使物探技术更好的、更准确的在土木建筑工程中发挥它的作用。

边辉颜石家庄经济学院校园规划处

罗会来石家庄经济学院试验中心

参考文献：

[1]王振东.浅层地质勘探应用技术[M].北京：地质出版社,2004：98-101.

[2]雷宛.工程与环境物探教程[M].北京：地质出版社, 2006：156-160.

[3]赵鸿儒.工程地震勘探综述[J].地球物理学进展, 1994,(4):88-90.

[4]戴鸣.工程物探技术在岩土工程中的应用[J].福建建筑,2004,(3):58-60.