淺議水利工程中工程物探技術(shù)的應(yīng)用

■狄紅偉

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院 河南商丘 476000）

淺議水利工程中工程物探技術(shù)的應(yīng)用

■狄紅偉

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院 河南商丘 476000）

工程物探屬于地球物理勘探在工程上的一個應(yīng)用方向，因其發(fā)展迅速，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于水利工程建設(shè)中。文章首先對工程物探技術(shù)進(jìn)行概述，然后闡述了工程物探在水利工程中的具體應(yīng)用，以期作為參考。

水利工程物探技術(shù)應(yīng)用

1 工程物探技術(shù)概述

工程物探是地球物理勘探的簡稱，其能夠探測出地質(zhì)對象和周圍介質(zhì)之間存在一定的物性差異，且物性差異能夠影響到被尋找的地質(zhì)體周圍某種天然的或者人工物理場的分布特征。所謂物探技術(shù)則是運用先進(jìn)的物體設(shè)備儀器，來提取被測對象區(qū)域的物理場的具體分布情況，并和均質(zhì)條件下的物理場之間進(jìn)行比較，從而找出其中存在的差異部分，進(jìn)而判斷勘探對象之間的具體關(guān)系，并為解決相應(yīng)的地質(zhì)問題提供基礎(chǔ)依據(jù)。物探方法的種類相對較多，不同的物探方法所依據(jù)的原理及使用的儀器設(shè)備也各不相同，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，物探技術(shù)也得以不斷發(fā)展，新的方法和技術(shù)快速涌現(xiàn)。同時物探技術(shù)也屬于地質(zhì)科學(xué)中一門新興的，發(fā)展迅速且極為活躍的學(xué)科，它也是進(jìn)行工程勘察的重要手段之一。

對于水利工程而言，其具體應(yīng)用物探技術(shù)主要是用以測量地質(zhì)體或者是探測對象和周圍介質(zhì)之間的某一項物理特征參數(shù)，例如（電阻率、彈性波速、電磁波速、密度、放射性等)。所以可以依據(jù)其不同的測試參數(shù)，將其劃分以下幾種主要的探測方法：①電法勘探；②地震勘探；③彈性波測試；○4物探測井；⑤層析成像；⑥地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)；⑦放射性勘探；⑧水聲勘探；⑨綜合測井等。因為各類物探方法的使用都必須基于一定的物理前提，且地質(zhì)條件、地球物理條件及邊界特征等均能夠在較大程度上影響到測試的結(jié)果，促使物探方法技術(shù)在使用中需要一定的條件，同時也具備一定的局限性，加之大中型的重點工程的地質(zhì)狀況相對較為復(fù)雜，因此運用單一的物探方法很難查明或者有效解決相關(guān)的地質(zhì)或者是工程問題。所以通常情況下，都是采用綜合物探方法進(jìn)行勘測，以便于提高物探結(jié)果的準(zhǔn)確度及成果的分析質(zhì)量，進(jìn)而為工程順利建設(shè)提供有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 工程物探在水利工程中的具體應(yīng)用

2.1 工程質(zhì)量檢測

水利工程的質(zhì)量檢測主要包括施工基礎(chǔ)的剝掘參數(shù)，進(jìn)而對開挖界線進(jìn)行確定；測定隧道洞室高壓噴漿質(zhì)量和襯砌厚度；對灌漿質(zhì)量進(jìn)行檢測；對于混凝土澆筑和樁基質(zhì)量進(jìn)行檢查等。最常用的方法主要有電法勘探、探地雷達(dá)、彈性波測試、聲波反射、瑞雷波法和同位素示蹤法等。伴隨社會的不斷發(fā)展，水利工程建筑物設(shè)計時對于使用年限的要求也逐步提升，大部分的水利工程的建筑物通常都選用的是樁基礎(chǔ)，但受地質(zhì)條件、施工方法及人為因素等的影響，樁基礎(chǔ)經(jīng)常會出現(xiàn)斷裂和離析的質(zhì)量問題，嚴(yán)重的威脅到水利工程建筑物的使用安全，因此工程物探技術(shù)在水利工程施工質(zhì)量控制中較為廣泛的應(yīng)用就是對于樁基的檢測。

樁錘擊法和機(jī)械抗阻法是樁基檢測的兩個主要內(nèi)容。錘擊法屬于瞬態(tài)的動測法，嵌于土體之中的樁基可以理解為一根在阻尼介質(zhì)條件下的上端自由但是下端彈性連接的彈性桿。當(dāng)施加外力F在樁頂或者是樁側(cè)的位置上，則樁內(nèi)相鄰質(zhì)點會產(chǎn)生一定的應(yīng)力變化情況，進(jìn)而誘發(fā)彈性波的產(chǎn)生，此時運用事先埋置在樁頂部位的速度檢波器，便能及時獲取該彈性波信號，經(jīng)過相關(guān)處理后即可以得到樁體的質(zhì)量及承載力水平。此外，對于樁基的檢測還可以運用機(jī)械阻抗法來進(jìn)行，在具體檢測過程中，檢測系統(tǒng)的變頻信號的發(fā)生器通常會輸出5-1500赫茲的頻率，并通過自動掃面正旋信號功率放大器來推動樁頂中心的激振器向樁施加幅值不變的動態(tài)激振力，促使樁基產(chǎn)生一定的穩(wěn)態(tài)振動，其信號在放大之后將和計算機(jī)進(jìn)行連接，便于計算機(jī)打印出輸出的成果圖，進(jìn)而獲取較為可靠的樁基質(zhì)量。事實證明，運用彈性波技術(shù)對樁基質(zhì)量進(jìn)行檢測，其成本較低，見效較快，判斷準(zhǔn)確，但是其必須滿足一維彈性桿件的假設(shè)條件(L/ D>6，L為樁長，D為樁頸)；此外其對于同一根樁的多個缺陷檢測還有一定的局限性，難以區(qū)分夾泥及離析現(xiàn)象，需要通過多次測試方可得出結(jié)論，且要求較高的野外現(xiàn)場條件。尤其是對于難以分辨質(zhì)量問題的樁基還需依靠其他輔助手段，方能獲取最準(zhǔn)確可靠的原始資料和數(shù)據(jù)。

2.2 水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察

對于水利工程中的長線路工程勘察，運用傳統(tǒng)的鉆探技術(shù)難以準(zhǔn)確的對連續(xù)的地質(zhì)界面進(jìn)行劃分，而選用物探測試手段，能夠查明一定的地質(zhì)單元內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及具體狀態(tài)，例如工程施工區(qū)域的覆蓋層的探測、基巖的風(fēng)化層探測、地質(zhì)構(gòu)造的探測、軟弱夾層的探測等。其能夠指導(dǎo)勘探工程的合理布置，提高地質(zhì)的調(diào)查速度，降低勘探的造價成本，提升勘探的成果質(zhì)量等。例如在南水北調(diào)中線天津干線工程中，就是通過剪切波速測試來確定其場地類別、軟弱土層分布狀態(tài)，所得的數(shù)據(jù)與勘探點所在地區(qū)區(qū)域地質(zhì)資料完全吻合。

2.3 災(zāi)害及環(huán)境地質(zhì)調(diào)查

包括評價工程場區(qū)初始地震危險性的地震影響參數(shù)的測定；邊坡蠕變特性的監(jiān)測；滑坡體探測以及隧道、涵洞和地下洞室開挖的超前預(yù)報和監(jiān)測等。例如在構(gòu)皮灘水電站工程中，因其位于強巖溶地區(qū)，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，地下洞室群和左右岸開挖邊坡襯砌支護(hù)多。針對工程中涉及到相關(guān)地質(zhì)問題，采用了地質(zhì)雷達(dá)法、單孔聲波法、跨孔聲波法、電磁波CT,地震直達(dá)波法等進(jìn)行了相關(guān)地質(zhì)問題的勘測，包括大壩建基面檢測、灌漿效果檢測、混凝土質(zhì)量檢測等，有效降低了水利工程建設(shè)的風(fēng)險，提高水利工程建設(shè)與管理的質(zhì)量。

總之，水利工程施工場地的地質(zhì)條件大多較為復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的工程勘察手段，難以獲取準(zhǔn)確可靠的工程地質(zhì)資料。工程物探技術(shù)因其優(yōu)良的特性，廣泛應(yīng)用于水利工程的前期勘探中，在具體應(yīng)用中，需要結(jié)合工程的實際情況，綜合選用多種工程物探技術(shù)方法，確保實現(xiàn)最佳的測試成果，進(jìn)而為工程的順利建設(shè)提供準(zhǔn)確、可靠的勘探資料。

[1]陶園,墨彥榮,賈文香.物探方法和鉆探方法在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用探析 [J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014,35.

[2]陳興海,張平松,江曉益,譚磊.水庫大壩滲漏地球物理檢測技術(shù)方法及進(jìn)展 [J].工程地球物理學(xué)報,2014,02.

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TV[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-11-116-1