淺議水利工程中工程物探技術的應用

■狄紅偉

（河南省地質礦產勘查開發局第四地質礦產調查院 河南商丘 476000）

淺議水利工程中工程物探技術的應用

■狄紅偉

（河南省地質礦產勘查開發局第四地質礦產調查院 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用方向，因其發展迅速，已經廣泛的應用于水利工程建設中。文章首先對工程物探技術進行概述，然后闡述了工程物探在水利工程中的具體應用，以期作為參考。

水利工程物探技術應用

1 工程物探技術概述

工程物探是地球物理勘探的簡稱，其能夠探測出地質對象和周圍介質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。所謂物探技術則是運用先進的物體設備儀器，來提取被測對象區域的物理場的具體分布情況，并和均質條件下的物理場之間進行比較，從而找出其中存在的差異部分，進而判斷勘探對象之間的具體關系，并為解決相應的地質問題提供基礎依據。物探方法的種類相對較多，不同的物探方法所依據的原理及使用的儀器設備也各不相同，隨著科學技術的進步，物探技術也得以不斷發展，新的方法和技術快速涌現。同時物探技術也屬于地質科學中一門新興的，發展迅速且極為活躍的學科，它也是進行工程勘察的重要手段之一。

對于水利工程而言，其具體應用物探技術主要是用以測量地質體或者是探測對象和周圍介質之間的某一項物理特征參數，例如（電阻率、彈性波速、電磁波速、密度、放射性等)。所以可以依據其不同的測試參數，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地質雷達技術；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果，促使物探方法技術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狀況相對較為復雜，因此運用單一的物探方法很難查明或者有效解決相關的地質或者是工程問題。所以通常情況下，都是采用綜合物探方法進行勘測，以便于提高物探結果的準確度及成果的分析質量，進而為工程順利建設提供有效的基礎數據。

2 工程物探在水利工程中的具體應用

2.1 工程質量檢測

水利工程的質量檢測主要包括施工基礎的剝掘參數，進而對開挖界線進行確定；測定隧道洞室高壓噴漿質量和襯砌厚度；對灌漿質量進行檢測；對于混凝土澆筑和樁基質量進行檢查等。最常用的方法主要有電法勘探、探地雷達、彈性波測試、聲波反射、瑞雷波法和同位素示蹤法等。伴隨社會的不斷發展，水利工程建筑物設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，但受地質條件、施工方法及人為因素等的影響，樁基礎經常會出現斷裂和離析的質量問題，嚴重的威脅到水利工程建筑物的使用安全，因此工程物探技術在水利工程施工質量控制中較為廣泛的應用就是對于樁基的檢測。

樁錘擊法和機械抗阻法是樁基檢測的兩個主要內容。錘擊法屬于瞬態的動測法，嵌于土體之中的樁基可以理解為一根在阻尼介質條件下的上端自由但是下端彈性連接的彈性桿。當施加外力F在樁頂或者是樁側的位置上，則樁內相鄰質點會產生一定的應力變化情況，進而誘發彈性波的產生，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，經過相關處理后即可以得到樁體的質量及承載力水平。此外，對于樁基的檢測還可以運用機械阻抗法來進行，在具體檢測過程中，檢測系統的變頻信號的發生器通常會輸出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激振力，促使樁基產生一定的穩態振動，其信號在放大之后將和計算機進行連接，便于計算機打印出輸出的成果圖，進而獲取較為可靠的樁基質量。事實證明，運用彈性波技術對樁基質量進行檢測，其成本較低，見效較快，判斷準確，但是其必須滿足一維彈性桿件的假設條件(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，難以區分夾泥及離析現象，需要通過多次測試方可得出結論，且要求較高的野外現場條件。尤其是對于難以分辨質量問題的樁基還需依靠其他輔助手段，方能獲取最準確可靠的原始資料和數據。

2.2 水文地質工程地質勘察

對于水利工程中的長線路工程勘察，運用傳統的鉆探技術難以準確的對連續的地質界面進行劃分，而選用物探測試手段，能夠查明一定的地質單元內部的空間結構、性質及具體狀態，例如工程施工區域的覆蓋層的探測、基巖的風化層探測、地質構造的探測、軟弱夾層的探測等。其能夠指導勘探工程的合理布置，提高地質的調查速度，降低勘探的造價成本，提升勘探的成果質量等。例如在南水北調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，所得的數據與勘探點所在地區區域地質資料完全吻合。

2.3 災害及環境地質調查

包括評價工程場區初始地震危險性的地震影響參數的測定；邊坡蠕變特性的監測；滑坡體探測以及隧道、涵洞和地下洞室開挖的超前預報和監測等。例如在構皮灘水電站工程中，因其位于強巖溶地區，工程地質條件復雜，地下洞室群和左右岸開挖邊坡襯砌支護多。針對工程中涉及到相關地質問題，采用了地質雷達法、單孔聲波法、跨孔聲波法、電磁波CT,地震直達波法等進行了相關地質問題的勘測，包括大壩建基面檢測、灌漿效果檢測、混凝土質量檢測等，有效降低了水利工程建設的風險，提高水利工程建設與管理的質量。

總之，水利工程施工場地的地質條件大多較為復雜，采用傳統的工程勘察手段，難以獲取準確可靠的工程地質資料。工程物探技術因其優良的特性，廣泛應用于水利工程的前期勘探中，在具體應用中，需要結合工程的實際情況，綜合選用多種工程物探技術方法，確保實現最佳的測試成果，進而為工程的順利建設提供準確、可靠的勘探資料。

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1000-405X（2015）-11-116-1