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        工程物探技術(shù)在建筑工程勘察中的運(yùn)用研究

        2023-10-09 10:58:28李海
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2023年17期
        關(guān)鍵詞:深度建筑工程工程

        李海

        (中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計(jì)院,濟(jì)南 250022)

        1 引言

        近年來, 城市化發(fā)展使社會(huì)對(duì)建筑工程的要求不斷提高,建筑行業(yè)無論是在建筑規(guī)模還是在質(zhì)量上都面臨極大考驗(yàn),若想符合建筑工程建設(shè)要求,則需全面開展勘察工作,為后續(xù)設(shè)計(jì)和施工等環(huán)節(jié)提供依據(jù)。 從目前看,物探技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用依然存在諸多不足, 我國(guó)物探技術(shù)研究依然停留在表層。 因此,需結(jié)合新興技術(shù)和理念,促使其朝現(xiàn)代化方向發(fā)展。

        2 物探技術(shù)概述

        物探技術(shù)即地球物理勘探,其主要是通過物理原理及方法應(yīng)用探測(cè)工程場(chǎng)地內(nèi)的巖土層,分析巖土層同周遭環(huán)境在物性方面的差異。 物探技術(shù)屬于一種間接的勘探技術(shù),可在降低投入的基礎(chǔ)上用最快的速度完成地下地質(zhì)情況調(diào)查,且該技術(shù)具有一定的可視性,可以提高探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。 物探技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過程中也存在多解性,常受到諸多因素干擾。 現(xiàn)階段較常使用的物探方法包括地震勘探、磁法勘探及電法勘探等。

        3 建筑工程勘察的主要內(nèi)容

        3.1 選址勘察

        該項(xiàng)工作主要側(cè)重于搜集和分析區(qū)域地質(zhì)、地形地貌、水文以及周圍地區(qū)的工程地質(zhì)資料, 并在分析已有資料的基礎(chǔ)上,抓住主要問題,通過現(xiàn)場(chǎng)勘察,了解場(chǎng)地的地質(zhì)構(gòu)造、巖土性質(zhì)、地下水以及不良地質(zhì)現(xiàn)象。 針對(duì)復(fù)雜的工程地質(zhì),可在地質(zhì)測(cè)繪中引入勘探工作,發(fā)揮輔助作用,使資料收集更加真實(shí)全面,對(duì)場(chǎng)址穩(wěn)定性和建筑適宜性做出正確評(píng)價(jià)[1]。

        3.2 初步勘察

        在建筑工程初步勘察階段,主要任務(wù)如下:一是搜集與分析可行性研究階段的巖土工程勘察報(bào)告; 二是通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘和測(cè)試,初步查明地層分布、構(gòu)造、巖土物理力學(xué)性質(zhì)以及地下水埋藏條件,數(shù)據(jù)可以粗略,但不可錯(cuò)誤;三是通過工程地質(zhì)測(cè)繪與調(diào)查,查明場(chǎng)地不良地質(zhì)現(xiàn)象的成因、分布、發(fā)展趨勢(shì)以及對(duì)場(chǎng)地穩(wěn)定性帶來的影響; 四是對(duì)建筑可能采取的地基類型、基坑開挖與支護(hù)、降水方案等進(jìn)行初步分析評(píng)價(jià)。

        3.3 詳細(xì)勘察

        在詳細(xì)勘察階段, 工作人員最主要的任務(wù)是為施工計(jì)劃的制訂提供技術(shù)參數(shù),勘察人員應(yīng)深入工程現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)部,對(duì)地質(zhì)條件展開全方位了解,對(duì)各種設(shè)計(jì)所需技術(shù)進(jìn)行廣泛收集與整理,進(jìn)而針對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)巖石等地質(zhì)條件進(jìn)行準(zhǔn)確判斷和評(píng)估。

        4 工程物探技術(shù)在建筑工程勘察中的應(yīng)用

        4.1 工程概況

        本次勘察屬于詳細(xì)勘察, 某建筑工程涉及5 棟高層和2 個(gè)地下車庫,規(guī)劃建設(shè)用地面積共21 100.74 m2,擬建廠區(qū)的地形整體相對(duì)平緩,在部分位置存在一定起伏,西高東低、南高北低,孔口標(biāo)高為11.31~18.05 m,最大高差為6.74 m。 本次勘察任務(wù)主要是利用地面工程技術(shù)和方法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各方面情況進(jìn)行更全面的了解,并在此基礎(chǔ)上完成對(duì)于水文、地質(zhì)和氣象等的分析工作,將其勘察結(jié)果合理應(yīng)用在巖土工程建設(shè)實(shí)踐中。為了有效應(yīng)對(duì)以往技術(shù)手段和方法的不足, 本次建筑工程勘察工作采用的是工程物探技術(shù), 以充分保障最終勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性和實(shí)效性。

        4.2 應(yīng)用要點(diǎn)

        1)在建筑工程勘察中使用工程物探技術(shù)應(yīng)加強(qiáng)信號(hào)質(zhì)量分析。 為進(jìn)一步提高物探技術(shù)的應(yīng)用成效,需確保數(shù)據(jù)具有準(zhǔn)確性和全面性,通過對(duì)信息的分析、對(duì)比和處理,真正提高結(jié)果的應(yīng)用價(jià)值。 如果數(shù)據(jù)收集不全、處理深度不夠,會(huì)在極大程度上限制物探技術(shù)的高質(zhì)量應(yīng)用。 在分析信號(hào)過程中,相關(guān)工作人員應(yīng)針對(duì)海量信號(hào)展開全方位篩查,應(yīng)盡可能集中于夜間進(jìn)行信號(hào)收集工作,相較于日間所收集的信號(hào),夜間收集信號(hào)雜音更少、質(zhì)量更高,有助于提高信號(hào)分析效率和準(zhǔn)確度。

        2)在建筑工程勘察中,數(shù)據(jù)處理是重要環(huán)節(jié)。 數(shù)據(jù)處理工作的主要任務(wù)是對(duì)各種信息數(shù)據(jù)實(shí)施校核, 對(duì)比分析現(xiàn)有數(shù)據(jù)和所獲得的數(shù)據(jù)信息。 在開展數(shù)據(jù)處理工作過程中,工作人員應(yīng)著重考慮折射波的分析處理工作, 一般情況下采用二維形式呈現(xiàn)折射波數(shù)據(jù), 同時(shí)直接給出建筑工程建設(shè)的地質(zhì)信號(hào),為工作人員初步了解地層情況提供支持,以推動(dòng)后續(xù)工作的高質(zhì)量進(jìn)行。 然而,現(xiàn)如今部分勘察人員對(duì)于數(shù)字化技術(shù)手段認(rèn)識(shí)不深,導(dǎo)致其在技術(shù)等各種條件的制約下,無法高效完成數(shù)據(jù)分析和處理等一系列任務(wù), 為數(shù)據(jù)信息高效應(yīng)用埋下了一定的隱患。 由此可見,在利用工程物探技術(shù)實(shí)施勘察的過程中需要輔助一定的數(shù)字化手段,以提高勘察成效。

        3)當(dāng)前巖土工程勘察的相關(guān)從業(yè)者在開展勘察工作的過程中并沒有真正做到全面開展對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)地區(qū)地形的調(diào)查與分析,對(duì)于地質(zhì)環(huán)境的了解程度相對(duì)不足,這便使得調(diào)查結(jié)果存在著延遲和錯(cuò)誤等現(xiàn)象,不利于勘察結(jié)果的高效應(yīng)用。 因此,為進(jìn)一步體現(xiàn)物探技術(shù)的應(yīng)用成效, 工作人員應(yīng)妥善落實(shí)前期準(zhǔn)備工作, 在結(jié)果比對(duì)階段, 勘察人員應(yīng)優(yōu)化開展地質(zhì)條件、地形地貌等勘察工作,明確圖式分層接線。 基于測(cè)點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,在此過程中初步明確土石分界的剖面,并根據(jù)結(jié)果優(yōu)化調(diào)整初步探測(cè)結(jié)果和判定速度標(biāo)準(zhǔn), 為物探技術(shù)的高質(zhì)量應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        4.3 實(shí)際應(yīng)用

        4.3.1 勘察工作布置

        本工程主要分兩個(gè)階段實(shí)施,勘探點(diǎn)共74 個(gè),其中高層部分共43 個(gè),車庫與商業(yè)有31 個(gè),一些勘探點(diǎn)可供二者共同使用。 對(duì)高層部分來說, 其主要包括控制性孔和一般性孔兩種,分別為16 個(gè)和27 個(gè),車庫和商業(yè)部分則分別為21 個(gè)和10 個(gè)。針對(duì)高層建筑而言,應(yīng)加強(qiáng)控制性孔勘探深度的合理把控,確保其大于地基變形的計(jì)算深度;對(duì)于一般性孔勘探深度的把控則需超過主要受力層的深度。 在采用樁基時(shí),控制性孔進(jìn)入中風(fēng)化基巖的深度應(yīng)在8 m 以上,而一般性孔則需在6 m以上。 車庫周邊的勘探點(diǎn)則應(yīng)充分符合基坑實(shí)際要求,深度維持在基坑開挖深度的兩倍以上, 同時(shí)應(yīng)綜合考慮承載力和變形計(jì)算的實(shí)際要求,確定中間部位勘探點(diǎn)的深度,控制性孔和一般性孔進(jìn)入中風(fēng)化基巖的深度分別為7 m 和5 m 以上[2]。

        4.3.2 地質(zhì)調(diào)查

        勘探人員需根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的各種管線資料及地形圖展開現(xiàn)場(chǎng)踏勘工作,對(duì)可能影響工程的地段實(shí)施復(fù)核調(diào)查,以全面獲取現(xiàn)場(chǎng)和周圍具體情況, 分析其是否存在潛在的不良地質(zhì)作用,包括地面沉降、泥石流及滑坡等,了解場(chǎng)地內(nèi)地下管線、防空洞及河道等的分布情況,明確當(dāng)前小區(qū)已建工程,為后續(xù)勘察施工的深化奠定基礎(chǔ)。 通過地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)本場(chǎng)區(qū)內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育,不存在活動(dòng)性斷裂等現(xiàn)象,本地區(qū)自第四紀(jì)以來,始終呈現(xiàn)緩慢升降運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),未發(fā)現(xiàn)新的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),故擬建建筑物可基本忽略斷裂對(duì)其造成的影響。 充分分析相關(guān)地質(zhì)資料可知,本工程所在場(chǎng)地具有較穩(wěn)定的構(gòu)造背景,未發(fā)現(xiàn)泥石流、滑坡及巖溶等不良地質(zhì)作用。 該場(chǎng)地整體地形呈現(xiàn)較平緩態(tài)勢(shì),不存在嚴(yán)重影響建筑正常施工的邊坡。

        4.3.3 物探試驗(yàn)

        1)土層剪切波速

        在本工程中, 勘探人員應(yīng)用Miniseis 24 型綜合工程物探儀,使用單孔方法展開測(cè)試,在了解巖土彈性特性基礎(chǔ)上明確其動(dòng)力學(xué)彈性參數(shù)。 試驗(yàn)方法如圖1 所示。

        圖1 物探試驗(yàn)方法

        依照有關(guān)規(guī)范劃分巖土類型,如表1 所示。

        表1 巖土類型劃分

        通過檢測(cè)獲得各孔的剪切波速, 對(duì)等效剪切波速進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算式如下:

        式中,vse為土層等效剪切波速,m/s;d0為計(jì)算深度,m,一般需在20 m 和覆蓋層厚度之間取最小值;t 為在地面統(tǒng)計(jì)思源深度之間剪切波的實(shí)際傳播時(shí)間,s;di為第i 土層的具體厚度,m;vsi為在第i 土層中的剪切波速,m/s。

        2)卓越周期

        在地脈動(dòng)測(cè)試方面, 工作人員采用三分量振動(dòng)傳感器和綜合工程測(cè)振儀對(duì)場(chǎng)地卓越周期實(shí)施測(cè)定。 在場(chǎng)地范圍內(nèi)共設(shè)置4 個(gè)地脈動(dòng)測(cè)試點(diǎn), 利用儀器的內(nèi)激發(fā)方式檢測(cè)具體頻率,最終明確場(chǎng)地的實(shí)際卓越周期,為后續(xù)高質(zhì)量開展設(shè)計(jì)工作提供必要參考。

        3)場(chǎng)地腐蝕性

        近年來,在物探技術(shù)領(lǐng)域,高密度電阻率法迅速發(fā)展,其應(yīng)用原理是根據(jù)巖土體電導(dǎo)率的實(shí)際差異, 明確地層電阻率的實(shí)際分布狀況。 該勘探技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中具有較高的檢測(cè)深度,檢測(cè)速度更快,所獲得的結(jié)果具有更高準(zhǔn)確性。 在環(huán)境地質(zhì)及建筑工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用并取得了優(yōu)秀的地質(zhì)探測(cè)成果[3]。高密度電阻率測(cè)試方法需一次性完成對(duì)于所有剖面電極的放置工作,按相應(yīng)間隔,沿坡面對(duì)多個(gè)電極進(jìn)行排列,同時(shí)還能自動(dòng)化完成數(shù)據(jù)采集。 在此過程中需加強(qiáng)微機(jī)電測(cè)儀和電極自動(dòng)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用,在微機(jī)中輸入數(shù)據(jù)后,利用軟件處理系統(tǒng)科學(xué)開展原始資料的計(jì)算、分析以及處理工作,以此為依據(jù)對(duì)場(chǎng)地腐蝕性展開評(píng)價(jià)。

        在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過程中, 基于地表任意設(shè)置A、B 兩點(diǎn)進(jìn)行供電,再選擇M、N 兩個(gè)點(diǎn)針對(duì)相對(duì)電位差展開測(cè)量,通過使用疊加原理分析M、N 的電位,如圖2 所示。

        圖2 電阻率測(cè)試示意圖

        利用高密度電阻率法展開測(cè)試可以發(fā)現(xiàn),該工程現(xiàn)場(chǎng)處在地下水位以上的場(chǎng)地土在一定程度上對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕作用[4]。

        5 結(jié)語

        綜上所述,在現(xiàn)代化技術(shù)持續(xù)推廣應(yīng)用的背景下,建筑工程勘察領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展, 未來應(yīng)基于現(xiàn)有物探技術(shù)展開積極創(chuàng)新,加強(qiáng)新技術(shù)研發(fā),拓寬巖土工程領(lǐng)域發(fā)展范圍。 現(xiàn)今,在部分工程中依舊大量使用傳統(tǒng)勘探設(shè)備, 但其普遍具有較大的勞動(dòng)強(qiáng)度,且欠缺勘探精度。 后續(xù)應(yīng)積極引進(jìn)更輕便和先進(jìn)的勘察設(shè)備儀器,以緩解繁重的人工壓力,在保障最終結(jié)果準(zhǔn)確性的同時(shí)提高勘察效率。

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