工程物探技术在建筑工程勘察中的运用研究

李海

（中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院，济南 250022）

1 引言

近年来， 城市化发展使社会对建筑工程的要求不断提高，建筑行业无论是在建筑规模还是在质量上都面临极大考验，若想符合建筑工程建设要求，则需全面开展勘察工作，为后续设计和施工等环节提供依据。 从目前看，物探技术在建筑工程中的应用依然存在诸多不足， 我国物探技术研究依然停留在表层。 因此，需结合新兴技术和理念，促使其朝现代化方向发展。

2 物探技术概述

物探技术即地球物理勘探，其主要是通过物理原理及方法应用探测工程场地内的岩土层，分析岩土层同周遭环境在物性方面的差异。 物探技术属于一种间接的勘探技术，可在降低投入的基础上用最快的速度完成地下地质情况调查，且该技术具有一定的可视性，可以提高探测结果的准确性。 物探技术在实际应用的过程中也存在多解性，常受到诸多因素干扰。 现阶段较常使用的物探方法包括地震勘探、磁法勘探及电法勘探等。

3 建筑工程勘察的主要内容

3.1 选址勘察

该项工作主要侧重于搜集和分析区域地质、地形地貌、水文以及周围地区的工程地质资料， 并在分析已有资料的基础上，抓住主要问题，通过现场勘察，了解场地的地质构造、岩土性质、地下水以及不良地质现象。 针对复杂的工程地质，可在地质测绘中引入勘探工作，发挥辅助作用，使资料收集更加真实全面，对场址稳定性和建筑适宜性做出正确评价[1]。

3.2 初步勘察

在建筑工程初步勘察阶段，主要任务如下：一是搜集与分析可行性研究阶段的岩土工程勘察报告； 二是通过现场踏勘和测试，初步查明地层分布、构造、岩土物理力学性质以及地下水埋藏条件，数据可以粗略，但不可错误；三是通过工程地质测绘与调查，查明场地不良地质现象的成因、分布、发展趋势以及对场地稳定性带来的影响； 四是对建筑可能采取的地基类型、基坑开挖与支护、降水方案等进行初步分析评价。

3.3 详细勘察

在详细勘察阶段， 工作人员最主要的任务是为施工计划的制订提供技术参数，勘察人员应深入工程现场内部，对地质条件展开全方位了解，对各种设计所需技术进行广泛收集与整理，进而针对工程现场岩石等地质条件进行准确判断和评估。

4 工程物探技术在建筑工程勘察中的应用

4.1 工程概况

本次勘察属于详细勘察， 某建筑工程涉及5 栋高层和2 个地下车库，规划建设用地面积共21 100.74 m2，拟建厂区的地形整体相对平缓，在部分位置存在一定起伏，西高东低、南高北低，孔口标高为11.31～18.05 m，最大高差为6.74 m。 本次勘察任务主要是利用地面工程技术和方法对现场各方面情况进行更全面的了解，并在此基础上完成对于水文、地质和气象等的分析工作，将其勘察结果合理应用在岩土工程建设实践中。为了有效应对以往技术手段和方法的不足， 本次建筑工程勘察工作采用的是工程物探技术， 以充分保障最终勘察结果的准确性和实效性。

4.2 应用要点

1）在建筑工程勘察中使用工程物探技术应加强信号质量分析。 为进一步提高物探技术的应用成效，需确保数据具有准确性和全面性，通过对信息的分析、对比和处理，真正提高结果的应用价值。 如果数据收集不全、处理深度不够，会在极大程度上限制物探技术的高质量应用。 在分析信号过程中，相关工作人员应针对海量信号展开全方位筛查，应尽可能集中于夜间进行信号收集工作，相较于日间所收集的信号，夜间收集信号杂音更少、质量更高，有助于提高信号分析效率和准确度。

2）在建筑工程勘察中，数据处理是重要环节。 数据处理工作的主要任务是对各种信息数据实施校核， 对比分析现有数据和所获得的数据信息。 在开展数据处理工作过程中，工作人员应着重考虑折射波的分析处理工作， 一般情况下采用二维形式呈现折射波数据， 同时直接给出建筑工程建设的地质信号，为工作人员初步了解地层情况提供支持，以推动后续工作的高质量进行。 然而，现如今部分勘察人员对于数字化技术手段认识不深，导致其在技术等各种条件的制约下，无法高效完成数据分析和处理等一系列任务， 为数据信息高效应用埋下了一定的隐患。 由此可见，在利用工程物探技术实施勘察的过程中需要辅助一定的数字化手段，以提高勘察成效。

3）当前岩土工程勘察的相关从业者在开展勘察工作的过程中并没有真正做到全面开展对于现场地区地形的调查与分析，对于地质环境的了解程度相对不足，这便使得调查结果存在着延迟和错误等现象，不利于勘察结果的高效应用。 因此，为进一步体现物探技术的应用成效， 工作人员应妥善落实前期准备工作， 在结果比对阶段， 勘察人员应优化开展地质条件、地形地貌等勘察工作，明确图式分层接线。 基于测点的各种数据进行数据处理，在此过程中初步明确土石分界的剖面，并根据结果优化调整初步探测结果和判定速度标准， 为物探技术的高质量应用奠定坚实的基础。

4.3 实际应用

4.3.1 勘察工作布置

本工程主要分两个阶段实施，勘探点共74 个，其中高层部分共43 个，车库与商业有31 个，一些勘探点可供二者共同使用。 对高层部分来说， 其主要包括控制性孔和一般性孔两种，分别为16 个和27 个，车库和商业部分则分别为21 个和10 个。针对高层建筑而言，应加强控制性孔勘探深度的合理把控，确保其大于地基变形的计算深度；对于一般性孔勘探深度的把控则需超过主要受力层的深度。 在采用桩基时，控制性孔进入中风化基岩的深度应在8 m 以上，而一般性孔则需在6 m以上。 车库周边的勘探点则应充分符合基坑实际要求，深度维持在基坑开挖深度的两倍以上， 同时应综合考虑承载力和变形计算的实际要求，确定中间部位勘探点的深度，控制性孔和一般性孔进入中风化基岩的深度分别为7 m 和5 m 以上[2]。

4.3.2 地质调查

勘探人员需根据施工现场的各种管线资料及地形图展开现场踏勘工作，对可能影响工程的地段实施复核调查，以全面获取现场和周围具体情况， 分析其是否存在潜在的不良地质作用，包括地面沉降、泥石流及滑坡等，了解场地内地下管线、防空洞及河道等的分布情况，明确当前小区已建工程，为后续勘察施工的深化奠定基础。 通过地质调查发现本场区内部地质构造不发育，不存在活动性断裂等现象，本地区自第四纪以来，始终呈现缓慢升降运动的特点，未发现新的构造运动，故拟建建筑物可基本忽略断裂对其造成的影响。 充分分析相关地质资料可知，本工程所在场地具有较稳定的构造背景，未发现泥石流、滑坡及岩溶等不良地质作用。 该场地整体地形呈现较平缓态势，不存在严重影响建筑正常施工的边坡。

4.3.3 物探试验

1）土层剪切波速

在本工程中， 勘探人员应用Miniseis 24 型综合工程物探仪，使用单孔方法展开测试，在了解岩土弹性特性基础上明确其动力学弹性参数。 试验方法如图1 所示。

图1 物探试验方法

依照有关规范划分岩土类型，如表1 所示。

表1 岩土类型划分

通过检测获得各孔的剪切波速， 对等效剪切波速进行计算，计算式如下：

式中，vse为土层等效剪切波速，m/s；d0为计算深度，m，一般需在20 m 和覆盖层厚度之间取最小值；t 为在地面统计思源深度之间剪切波的实际传播时间，s；di为第i 土层的具体厚度，m；vsi为在第i 土层中的剪切波速，m/s。

2）卓越周期

在地脉动测试方面， 工作人员采用三分量振动传感器和综合工程测振仪对场地卓越周期实施测定。 在场地范围内共设置4 个地脉动测试点， 利用仪器的内激发方式检测具体频率，最终明确场地的实际卓越周期，为后续高质量开展设计工作提供必要参考。

3）场地腐蚀性

近年来，在物探技术领域，高密度电阻率法迅速发展，其应用原理是根据岩土体电导率的实际差异， 明确地层电阻率的实际分布状况。 该勘探技术在实际应用过程中具有较高的检测深度，检测速度更快，所获得的结果具有更高准确性。 在环境地质及建筑工程领域具有广泛的应用并取得了优秀的地质探测成果[3]。高密度电阻率测试方法需一次性完成对于所有剖面电极的放置工作，按相应间隔，沿坡面对多个电极进行排列，同时还能自动化完成数据采集。 在此过程中需加强微机电测仪和电极自动转换器的应用，在微机中输入数据后，利用软件处理系统科学开展原始资料的计算、分析以及处理工作，以此为依据对场地腐蚀性展开评价。

在现场测试过程中， 基于地表任意设置A、B 两点进行供电，再选择M、N 两个点针对相对电位差展开测量，通过使用叠加原理分析M、N 的电位，如图2 所示。

图2 电阻率测试示意图

利用高密度电阻率法展开测试可以发现，该工程现场处在地下水位以上的场地土在一定程度上对钢结构产生腐蚀作用[4]。

5 结语

综上所述，在现代化技术持续推广应用的背景下，建筑工程勘察领域进一步发展， 未来应基于现有物探技术展开积极创新，加强新技术研发，拓宽岩土工程领域发展范围。 现今，在部分工程中依旧大量使用传统勘探设备， 但其普遍具有较大的劳动强度，且欠缺勘探精度。 后续应积极引进更轻便和先进的勘察设备仪器，以缓解繁重的人工压力，在保障最终结果准确性的同时提高勘察效率。