物探技术在工程地质勘察中的实际应用的探究

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的原理和方法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。

关键词：物探技术；工程地质勘察；桩基检测 ；应用

Abstract: Geophysical engineering is a branch of geophysical exploration, engineering geophysical prospecting plays an important role in the project, this paper describes the principle and method of geophysical exploration and engineering geophysical technology to simple analysis of its practical application in civil engineering, such as survey, application in geotechnical engineering quality detection aspects.

Key words: geophysical exploration; engineering geology survey; pile testing; application

中图分类号：P25

一、工程地质勘察的内容

工程地质勘察是研究、评价建设场地的工程地质条件所进行的地质测绘、勘探、室内实验、原位测试等工作的统称，其为工程建设的规划、设计、施工提供必要的依据及参数。工程地质勘察是为了查明影响工程建设的地质因素而进行的地质调查研究工作，所需勘察的地质因素包括地质结构或地质构造、地貌、水文地质条件、土和岩石的物理力学性质，自然（物理）地质现象和天然建筑材料等，这些通常称为工程地质条件。查明工程地质条件后，需根据建设项目的结构和运行特点，预测工程建筑物与地质环境相互作用（即工程地质作用）的方式、特点和规模，并作出正确的评价，为确定保证建筑物稳定与正常使用的防护措施提供依据。根据笔者多年的实践经验，认为地质勘察的内容主要包含如下几个方面内容：

（1）搜集研究区域地质、地形地貌、遥感照片、水文、气象、水文地质、地震等已有资料，以及工程经验和已有的勘察报告等。

（2）工程地质勘察与测绘。

（3）工程地质勘探见工程地质测绘和勘探。

（4）岩土测试和观测见土工试验和现场原型观测、岩体力学试验和测试。

（5）资料整理和编写工程地质勘察报告。

工程地质勘察通常按工程设计阶段分步进行，而对于不同类别的工程项目，阶段划分也不一样。对于有一定工程资料的中小型工程和工程地质条件简单，勘察阶段也可适当合并。

二、工程地勘中的物探技术

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，它们被广泛应用在工程勘察和岩土工程治理、工程质量检测中。

三、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。

3.电法勘探

近年来在实际中取得效果的地面核磁共振法被认为是目前为止可以直接找水的物探技术，在我国西北地区找水发挥了显著作用，在一些重大工程探测中提供了关于含水性的重要信息，如堤坝渗漏、滑坡含水性等。

电测深法是测量观测点深度方向以下视电阻率变化规律，以研究地下不同深度的岩层的分布状况的一种方法。在研究覆盖层厚度及岩性变化情况等有广泛应用。新近发展起来的高密度电阻率法在城市工程中，成为以获取浅层导电性信息较为活跃的方法，在地质结构划分、地下管道探测中发挥着重要作用。所研究的对象主要是有不同电阻率的水平岩层，最有利的条件是呈水平或倾角不大的岩层，而对倾角很大的岩层，解译工作也会变得困难。所以采用此方法的前提条件：测量的目的层和周围的物质必须存在明显的物性差异，通过一定的电极装置测得视电阻率异常的分布规律，达到认识地下地质体电性结构的目的。在实际遇到的地层既不均质又不同性，所得的电阻率是非真电阻率，是不均质体的综合反映，此为视电阻率。供电电极间距的不同，可得到不同深度的视电阻率，通过视电阻率的分布规律，可了解物性变化。

近年来在实际中取得效果的地面核磁共振法被认为是目前为止可以直接找水的物探技术，在我国西北地区找水发挥了显著作用，在一些重大工程探测中提供了关于含水性的重要信息，如堤坝渗漏、滑坡含水性等。随着CT技术的应用，电阻率成像技术已开始用于大坝检测评价中。

四、结束语

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，使物探技术更好地、更准确地在土木建筑工程中发挥它的作用。

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]《工程地质学》李忠苗等，中国建筑工业出版社