工程物探技術在建筑工程勘察中的運用研究

李海

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院，濟南 250022）

1 引言

近年來， 城市化發展使社會對建筑工程的要求不斷提高，建筑行業無論是在建筑規模還是在質量上都面臨極大考驗，若想符合建筑工程建設要求，則需全面開展勘察工作，為后續設計和施工等環節提供依據。 從目前看，物探技術在建筑工程中的應用依然存在諸多不足， 我國物探技術研究依然停留在表層。 因此，需結合新興技術和理念，促使其朝現代化方向發展。

2 物探技術概述

物探技術即地球物理勘探，其主要是通過物理原理及方法應用探測工程場地內的巖土層，分析巖土層同周遭環境在物性方面的差異。 物探技術屬于一種間接的勘探技術，可在降低投入的基礎上用最快的速度完成地下地質情況調查，且該技術具有一定的可視性，可以提高探測結果的準確性。 物探技術在實際應用的過程中也存在多解性，常受到諸多因素干擾。 現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容

3.1 選址勘察

該項工作主要側重于搜集和分析區域地質、地形地貌、水文以及周圍地區的工程地質資料， 并在分析已有資料的基礎上，抓住主要問題，通過現場勘察，了解場地的地質構造、巖土性質、地下水以及不良地質現象。 針對復雜的工程地質，可在地質測繪中引入勘探工作，發揮輔助作用，使資料收集更加真實全面，對場址穩定性和建筑適宜性做出正確評價[1]。

3.2 初步勘察

在建筑工程初步勘察階段，主要任務如下：一是搜集與分析可行性研究階段的巖土工程勘察報告； 二是通過現場踏勘和測試，初步查明地層分布、構造、巖土物理力學性質以及地下水埋藏條件，數據可以粗略，但不可錯誤；三是通過工程地質測繪與調查，查明場地不良地質現象的成因、分布、發展趨勢以及對場地穩定性帶來的影響； 四是對建筑可能采取的地基類型、基坑開挖與支護、降水方案等進行初步分析評價。

3.3 詳細勘察

在詳細勘察階段， 工作人員最主要的任務是為施工計劃的制訂提供技術參數，勘察人員應深入工程現場內部，對地質條件展開全方位了解，對各種設計所需技術進行廣泛收集與整理，進而針對工程現場巖石等地質條件進行準確判斷和評估。

4 工程物探技術在建筑工程勘察中的應用

4.1 工程概況

本次勘察屬于詳細勘察， 某建筑工程涉及5 棟高層和2 個地下車庫，規劃建設用地面積共21 100.74 m2，擬建廠區的地形整體相對平緩，在部分位置存在一定起伏，西高東低、南高北低，孔口標高為11.31～18.05 m，最大高差為6.74 m。 本次勘察任務主要是利用地面工程技術和方法對現場各方面情況進行更全面的了解，并在此基礎上完成對于水文、地質和氣象等的分析工作，將其勘察結果合理應用在巖土工程建設實踐中。為了有效應對以往技術手段和方法的不足， 本次建筑工程勘察工作采用的是工程物探技術， 以充分保障最終勘察結果的準確性和實效性。

4.2 應用要點

1）在建筑工程勘察中使用工程物探技術應加強信號質量分析。 為進一步提高物探技術的應用成效，需確保數據具有準確性和全面性，通過對信息的分析、對比和處理，真正提高結果的應用價值。 如果數據收集不全、處理深度不夠，會在極大程度上限制物探技術的高質量應用。 在分析信號過程中，相關工作人員應針對海量信號展開全方位篩查，應盡可能集中于夜間進行信號收集工作，相較于日間所收集的信號，夜間收集信號雜音更少、質量更高，有助于提高信號分析效率和準確度。

2）在建筑工程勘察中，數據處理是重要環節。 數據處理工作的主要任務是對各種信息數據實施校核， 對比分析現有數據和所獲得的數據信息。 在開展數據處理工作過程中，工作人員應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折射波數據， 同時直接給出建筑工程建設的地質信號，為工作人員初步了解地層情況提供支持，以推動后續工作的高質量進行。 然而，現如今部分勘察人員對于數字化技術手段認識不深，導致其在技術等各種條件的制約下，無法高效完成數據分析和處理等一系列任務， 為數據信息高效應用埋下了一定的隱患。 由此可見，在利用工程物探技術實施勘察的過程中需要輔助一定的數字化手段，以提高勘察成效。

3）當前巖土工程勘察的相關從業者在開展勘察工作的過程中并沒有真正做到全面開展對于現場地區地形的調查與分析，對于地質環境的了解程度相對不足，這便使得調查結果存在著延遲和錯誤等現象，不利于勘察結果的高效應用。 因此，為進一步體現物探技術的應用成效， 工作人員應妥善落實前期準備工作， 在結果比對階段， 勘察人員應優化開展地質條件、地形地貌等勘察工作，明確圖式分層接線。 基于測點的各種數據進行數據處理，在此過程中初步明確土石分界的剖面，并根據結果優化調整初步探測結果和判定速度標準， 為物探技術的高質量應用奠定堅實的基礎。

4.3 實際應用

4.3.1 勘察工作布置

本工程主要分兩個階段實施，勘探點共74 個，其中高層部分共43 個，車庫與商業有31 個，一些勘探點可供二者共同使用。 對高層部分來說， 其主要包括控制性孔和一般性孔兩種，分別為16 個和27 個，車庫和商業部分則分別為21 個和10 個。針對高層建筑而言，應加強控制性孔勘探深度的合理把控，確保其大于地基變形的計算深度；對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，控制性孔進入中風化基巖的深度應在8 m 以上，而一般性孔則需在6 m以上。 車庫周邊的勘探點則應充分符合基坑實際要求，深度維持在基坑開挖深度的兩倍以上， 同時應綜合考慮承載力和變形計算的實際要求，確定中間部位勘探點的深度，控制性孔和一般性孔進入中風化基巖的深度分別為7 m 和5 m 以上[2]。

4.3.2 地質調查

勘探人員需根據施工現場的各種管線資料及地形圖展開現場踏勘工作，對可能影響工程的地段實施復核調查，以全面獲取現場和周圍具體情況， 分析其是否存在潛在的不良地質作用，包括地面沉降、泥石流及滑坡等，了解場地內地下管線、防空洞及河道等的分布情況，明確當前小區已建工程，為后續勘察施工的深化奠定基礎。 通過地質調查發現本場區內部地質構造不發育，不存在活動性斷裂等現象，本地區自第四紀以來，始終呈現緩慢升降運動的特點，未發現新的構造運動，故擬建建筑物可基本忽略斷裂對其造成的影響。 充分分析相關地質資料可知，本工程所在場地具有較穩定的構造背景，未發現泥石流、滑坡及巖溶等不良地質作用。 該場地整體地形呈現較平緩態勢，不存在嚴重影響建筑正常施工的邊坡。

4.3.3 物探試驗

1）土層剪切波速

在本工程中， 勘探人員應用Miniseis 24 型綜合工程物探儀，使用單孔方法展開測試，在了解巖土彈性特性基礎上明確其動力學彈性參數。 試驗方法如圖1 所示。

圖1 物探試驗方法

依照有關規范劃分巖土類型，如表1 所示。

表1 巖土類型劃分

通過檢測獲得各孔的剪切波速， 對等效剪切波速進行計算，計算式如下：

式中，vse為土層等效剪切波速，m/s；d0為計算深度，m，一般需在20 m 和覆蓋層厚度之間取最小值；t 為在地面統計思源深度之間剪切波的實際傳播時間，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

在地脈動測試方面， 工作人員采用三分量振動傳感器和綜合工程測振儀對場地卓越周期實施測定。 在場地范圍內共設置4 個地脈動測試點， 利用儀器的內激發方式檢測具體頻率，最終明確場地的實際卓越周期，為后續高質量開展設計工作提供必要參考。

3）場地腐蝕性

近年來，在物探技術領域，高密度電阻率法迅速發展，其應用原理是根據巖土體電導率的實際差異， 明確地層電阻率的實際分布狀況。 該勘探技術在實際應用過程中具有較高的檢測深度，檢測速度更快，所獲得的結果具有更高準確性。 在環境地質及建筑工程領域具有廣泛的應用并取得了優秀的地質探測成果[3]。高密度電阻率測試方法需一次性完成對于所有剖面電極的放置工作，按相應間隔，沿坡面對多個電極進行排列，同時還能自動化完成數據采集。 在此過程中需加強微機電測儀和電極自動轉換器的應用，在微機中輸入數據后，利用軟件處理系統科學開展原始資料的計算、分析以及處理工作，以此為依據對場地腐蝕性展開評價。

在現場測試過程中， 基于地表任意設置A、B 兩點進行供電，再選擇M、N 兩個點針對相對電位差展開測量，通過使用疊加原理分析M、N 的電位，如圖2 所示。

圖2 電阻率測試示意圖

利用高密度電阻率法展開測試可以發現，該工程現場處在地下水位以上的場地土在一定程度上對鋼結構產生腐蝕作用[4]。

5 結語

綜上所述，在現代化技術持續推廣應用的背景下，建筑工程勘察領域進一步發展， 未來應基于現有物探技術展開積極創新，加強新技術研發，拓寬巖土工程領域發展范圍。 現今，在部分工程中依舊大量使用傳統勘探設備， 但其普遍具有較大的勞動強度，且欠缺勘探精度。 后續應積極引進更輕便和先進的勘察設備儀器，以緩解繁重的人工壓力，在保障最終結果準確性的同時提高勘察效率。