工程檢測(cè)技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用研究

張弦波

河北鑫潤建筑工程檢測(cè)有限公司 河北 保定 071000

巖土工程包括基坑和邊坡支護(hù)、地下峒室、地基處理與樁基礎(chǔ)等多方面的工程內(nèi)容[1]。在建筑行業(yè)不斷發(fā)展的同時(shí)其巖土工程的安全性和穩(wěn)定性逐漸引起工程施工單位的重點(diǎn)關(guān)注，為解決巖土工程帶來的各種質(zhì)量和安全隱患，必須在工程施工前就全面了解施工地址的地下環(huán)境情況，采集各項(xiàng)巖土工程數(shù)據(jù)信息，為實(shí)際巖土工程施工提供強(qiáng)有力的保障。因此，為了工程的順利、高效、高質(zhì)量施工，也為了更好地保障施工技術(shù)人員的生命安全，相關(guān)單位引入各類先進(jìn)工程檢測(cè)技術(shù)以應(yīng)對(duì)不同施工環(huán)境下的巖土工程建設(shè)，巖土工程施工技術(shù)人員也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)工程檢測(cè)技術(shù)的了解和應(yīng)用，制定合理的工程檢測(cè)規(guī)范，充分發(fā)揮出巖土工程中工程檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

針對(duì)巖土工程，我國建筑行業(yè)已建立起完善的檢測(cè)勘察流程，為解決傳統(tǒng)工程檢測(cè)技術(shù)精確度較低、在復(fù)雜環(huán)境下仍存在很多限制的缺點(diǎn)，工程施工單位逐漸采用無損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)對(duì)。通過利用這類工程檢測(cè)技術(shù)的連續(xù)性和精準(zhǔn)度高的特性，能夠最大程度上避免采集的數(shù)據(jù)受到地下環(huán)境的影響，并借助先進(jìn)的儀器設(shè)備檢測(cè)到巖土工程的地下自然和物理場(chǎng)的變化，依據(jù)海量的數(shù)據(jù)信息計(jì)算工程的巖土層空間大小、巖土體參數(shù)、建筑體耐久性、承載能力等參數(shù)，為后續(xù)巖土工程的施工方案設(shè)計(jì)和入場(chǎng)施工提供科學(xué)有效的指導(dǎo)，避免因巖土地質(zhì)、工程設(shè)計(jì)方案等原因?qū)е鲁霈F(xiàn)施工質(zhì)量和安全問題。

1 工程檢測(cè)技術(shù)概述

隨著近些年科學(xué)技術(shù)和檢測(cè)裝備的不斷發(fā)展，工程檢測(cè)技術(shù)在大量的工程實(shí)踐中得到驗(yàn)證和使用，并不斷改進(jìn)創(chuàng)新。工程檢測(cè)技術(shù)是指利用相關(guān)檢測(cè)儀器對(duì)工程項(xiàng)目的地下環(huán)境和施工場(chǎng)地進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過搭建起物理場(chǎng)模型對(duì)巖土工程的地質(zhì)和巖土層進(jìn)行檢測(cè)，便于施工技術(shù)人員準(zhǔn)確掌握施工工程的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，以便開展巖土工程檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究，建設(shè)高質(zhì)量巖土工程項(xiàng)目[2]。工程檢測(cè)技術(shù)的概念可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行解讀。

（1）工程檢測(cè)技術(shù)并不是一門單一的學(xué)科，而是對(duì)不同相關(guān)門類科學(xué)技術(shù)的有機(jī)綜合，它是由物理學(xué)與材料力學(xué)兩門學(xué)科組成的，其中還包含著物理學(xué)相關(guān)的技術(shù)知識(shí)。因此工程檢測(cè)技術(shù)基于電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)計(jì)算，巖土工程無損檢測(cè)不僅可以提高檢測(cè)工作的效率和質(zhì)量，還可以減輕相關(guān)技術(shù)人員的工作壓力。

（2）無論是對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)人員而言，還是相關(guān)的科研檢測(cè)機(jī)構(gòu)來說，建立起系統(tǒng)化、成規(guī)范的檢測(cè)流程和檢測(cè)工作標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行相當(dāng)程度的分析，并通過建立起的行業(yè)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，才能夠充分發(fā)揮數(shù)據(jù)信息的工程作用。工程檢測(cè)工作是一項(xiàng)非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鳎恳豁?xiàng)工程檢測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)準(zhǔn)確都容不得一點(diǎn)馬虎大意，也不能有一絲一毫的將就，要不然就會(huì)對(duì)巖土工程的順利進(jìn)行造成影響，甚至影響到施工人員的安全，對(duì)其造成傷害。

（3）利用工程檢測(cè)技術(shù)對(duì)巖土工程進(jìn)行檢測(cè)具有很多優(yōu)勢(shì)，比如，這種檢測(cè)技術(shù)可以避免對(duì)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的主體進(jìn)行破壞，從而不會(huì)在檢測(cè)的過程中影響工程結(jié)構(gòu)的性能，而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑整體的檢測(cè)，保證了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

在進(jìn)行檢測(cè)的過程中，首先對(duì)工程結(jié)構(gòu)的檢測(cè)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)定，并且對(duì)正常標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)定，然后將檢測(cè)結(jié)果與正常狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，從而得到工程結(jié)構(gòu)的狀態(tài)是否正常。

2 工程檢測(cè)技術(shù)施工要點(diǎn)

2.1 規(guī)范檢測(cè)流程

（1）事前工作布置。在巖土工程項(xiàng)目開始前，統(tǒng)一規(guī)劃、系統(tǒng)布置是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。事前工作布置不僅包括工程檢測(cè)方案的事先設(shè)計(jì)，還應(yīng)該包括檢測(cè)設(shè)備的工作前準(zhǔn)備。在使用工程檢測(cè)技術(shù)之前，需根據(jù)具體情況先進(jìn)行各類傳感器布置，并合理安排工程檢測(cè)所需的電路、儀器等多種設(shè)備，并充分檢測(cè)各類設(shè)備的可用性。因此，開展工程檢測(cè)工作前一定要在對(duì)各類工程檢測(cè)技術(shù)和工程檢測(cè)對(duì)象充分了解的基礎(chǔ)之上進(jìn)行充分扎實(shí)的準(zhǔn)備工作，要對(duì)巖土工程項(xiàng)目的檢測(cè)和施工全過程進(jìn)行考慮，從全局的角度選擇恰當(dāng)?shù)臋z測(cè)設(shè)備，并模擬檢測(cè)和施工過程中的各種可能情況，提前做好相關(guān)的應(yīng)急調(diào)整方案，從而保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，保證工程檢測(cè)過程扎實(shí)穩(wěn)定的推進(jìn)。

（2）檢測(cè)過程處理。在巖土工程檢測(cè)過程中，使用過很多檢測(cè)技術(shù)，這些檢測(cè)技術(shù)都有自己的獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因此，對(duì)于不同的工程施工地點(diǎn)，檢測(cè)技術(shù)人員要選擇適合于此地質(zhì)的檢測(cè)技術(shù)，這樣才能準(zhǔn)確的檢測(cè)出所需要的信息。對(duì)于喀斯特地貌[3]，類似于這種地質(zhì)分布的地區(qū)，目前還沒有研發(fā)出一種可以單獨(dú)檢測(cè)其地質(zhì)信息的檢測(cè)技術(shù)，為此測(cè)技術(shù)人員采用多種檢測(cè)技術(shù)共同對(duì)復(fù)雜地質(zhì)的施工地點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。這種檢測(cè)技術(shù)綜合使用的方式不僅使得檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確，解決了復(fù)雜地質(zhì)檢測(cè)的困難和難題，而且能夠有效地避免人為誤差對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。通過在隧道工程中應(yīng)用這一方法來進(jìn)行施工質(zhì)量控制與安全管理，可以有效提高整個(gè)工程施工水平，確保工程質(zhì)量穩(wěn)定可靠，同時(shí)也能減少事故發(fā)生。

（3）試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果分析。工程檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)信息是工程地質(zhì)的原始參數(shù)，必須先經(jīng)過大量的試驗(yàn)對(duì)比分析，并經(jīng)過一定的驗(yàn)證才能開展后續(xù)入場(chǎng)施工環(huán)節(jié)。在進(jìn)行實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，需要對(duì)不同的土質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)的特性分析，由于不同的土質(zhì)分布對(duì)施工過程的影響非常大，其決定了施工的順序已經(jīng)機(jī)器的安置等。因此，工程檢測(cè)所采集的數(shù)據(jù)必須能夠經(jīng)得起實(shí)際施工的試驗(yàn)驗(yàn)證。

2.2 數(shù)據(jù)采集和分析

在實(shí)際的施工地點(diǎn)收集數(shù)據(jù)的過程中，有很多外界因素會(huì)影響到數(shù)據(jù)的收集，這不僅使得采集過程變得困難，也對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性造成影響。所以，采用何種方式進(jìn)行地質(zhì)地貌數(shù)據(jù)采集，并合理進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不僅影響了施工工程的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，而且會(huì)進(jìn)一步影響到工程施工過程的進(jìn)行和最終質(zhì)量。

數(shù)據(jù)采集后整理出原始數(shù)據(jù)資料，這些數(shù)據(jù)不能直接進(jìn)行應(yīng)用，需要經(jīng)過專業(yè)的技術(shù)人員利用計(jì)算機(jī)等設(shè)備進(jìn)行處理和分析后才可以應(yīng)用到實(shí)際的工程實(shí)踐中。如應(yīng)用彈性波勘測(cè)方法進(jìn)行巖土工程檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)過程受到了很多因素的影響，因此需要專業(yè)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，從而排除干擾條件的影響。

2.3 加強(qiáng)檢測(cè)技術(shù)與巖土工程的聯(lián)系性

為了巖土施工工程的順利進(jìn)行，提高工程的整體施工水平，需要加強(qiáng)在巖土工程中應(yīng)用工程檢測(cè)技術(shù)。工程檢測(cè)技術(shù)人員要掌握檢測(cè)技術(shù)的核心原理和應(yīng)用技術(shù)，這樣才能在巖土工程中合理使用工程檢測(cè)技術(shù)，加強(qiáng)兩者的聯(lián)系。在實(shí)際的巖土工程檢測(cè)中，技術(shù)人員需要根據(jù)實(shí)際的工程環(huán)境和具體的工程施工要求以及檢測(cè)儀器裝備的能力進(jìn)行檢測(cè)規(guī)劃，按照順序完成檢測(cè)工作。通過加強(qiáng)檢測(cè)技術(shù)與巖土工程的聯(lián)系性，不但可以順利完成檢測(cè)工作，主要是可以推動(dòng)工程施工的順利進(jìn)行。

3 巖土工程無損檢測(cè)技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 光纖傳感檢測(cè)技術(shù)

光纖傳感檢測(cè)技術(shù)的原理是光纖中光在傳播過程中，其特征參數(shù)會(huì)發(fā)生不斷的改變，包括光強(qiáng)、相位、偏振態(tài)以及頻率等，通過利用這些參數(shù)的變化可以對(duì)檢測(cè)環(huán)境的變化進(jìn)行表達(dá)。根據(jù)幾何光學(xué)原理，當(dāng)光線以與光纖軸線夾角為從空氣中（折射率為）射入纖芯，并以法線角射到纖芯的包層界面上時(shí)，若大于全反射臨界角，則子午光線將按照鋸齒形路徑，并沿光纖纖芯通過波導(dǎo)軸線行進(jìn)。若小于全反射臨界角，則光線將折射出纖芯而在包層中傳播或逸出光纖之外而散失[4]。

在實(shí)際的工程測(cè)量過程中，光纖傳感器需要設(shè)置于被檢測(cè)的結(jié)構(gòu)中，在外界的壓力、溫度等環(huán)境因素的影響下，光纖的幾何參數(shù)和物理參數(shù)都會(huì)改變，進(jìn)而導(dǎo)致光纖的各種參數(shù)發(fā)生改變，一般考慮的幾個(gè)參數(shù)為相位、偏振態(tài)、波長、等。然后根據(jù)檢測(cè)到的參數(shù)的變化情況，進(jìn)行計(jì)算和分析，最終可以得到實(shí)際要檢測(cè)的工程物理參數(shù)，然后將這些參數(shù)應(yīng)用于工程施工中。

依據(jù)光纖傳感器傳感機(jī)理，可分為光纖布拉格光柵應(yīng)力-應(yīng)變傳感器、低模光纖跨模干涉應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)、F-P干涉腔等；在實(shí)際巖土工程檢測(cè)中，主要需針對(duì)應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行檢測(cè)，因此基于F-P干涉腔的應(yīng)力-應(yīng)變檢測(cè)逐漸被各大施工單位所采用的。Fabry－Perot傳感器使用寬頻白光光源，利用兩個(gè)面對(duì)面的半反射鏡進(jìn)行反射傳播，通過兩組反射光發(fā)生干涉并返回到讀取裝置上，進(jìn)而測(cè)量出其應(yīng)力應(yīng)變的變化。

對(duì)于光纖傳感檢測(cè)技術(shù)來說，其獨(dú)特的檢測(cè)方式以及光纖的傳播特性使得其具有其他檢測(cè)技術(shù)不具備的優(yōu)勢(shì)。比如，光纖的傳播過程不會(huì)受到周圍環(huán)境的因素影響，因此在檢測(cè)過程中，檢測(cè)結(jié)果與外界因素可能干擾鐵磁信號(hào)，可能會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。另外，在光纖傳感檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的過程中，被檢測(cè)的對(duì)象不會(huì)反過來影響檢測(cè)裝置，所以，檢測(cè)結(jié)果相對(duì)于其他的檢測(cè)技術(shù)結(jié)果來說會(huì)更加準(zhǔn)確。而且光纖傳感器的尺寸小，密度小，而且使用方便，絕緣性能強(qiáng)，而且在使用的過程中不容易被腐蝕，不怕高壓等影響，所以，很多的工程施工單位都選擇這種檢測(cè)技術(shù)。

3.2 瑞雷波法檢測(cè)技術(shù)

瑞雷波法探測(cè)的原理是彈性波在傳輸過程中遇到密度等不同性質(zhì)的介質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，并且改變其傳播速度，將這些檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析就可以得到巖土工程檢測(cè)中所需要的信息。由于瑞雷波具有的獨(dú)特性質(zhì)使得其應(yīng)用于檢測(cè)技術(shù)中可以檢測(cè)出非常全面的地質(zhì)信息，因而對(duì)于巖土工程檢測(cè)來說是非常重要的檢測(cè)工具。而且由于瑞雷波能夠容易地被激發(fā)和接收，在實(shí)際工程應(yīng)用中實(shí)用性較強(qiáng)。

瑞雷波法檢測(cè)技術(shù)在應(yīng)用時(shí)根據(jù)其激發(fā)的震源不同，可以分為瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩種。瞬態(tài)的檢測(cè)技術(shù)是利用瑞雷波的頻率范圍進(jìn)行檢測(cè)的過程，在檢測(cè)過程需要疊加波的頻率范圍；穩(wěn)態(tài)檢測(cè)技術(shù)指的是利用頻率固定的波進(jìn)行檢測(cè)，這種檢測(cè)方式不需要進(jìn)行波的疊加。根據(jù)瑞雷波的半波長理論，瑞雷波的平均速度介質(zhì)介質(zhì)在波長深度的平均彈性性質(zhì)，即其工程檢測(cè)深度H為：

根據(jù)公式可以得到，巖土工程的地質(zhì)深度可以通過不同波長的瑞雷波表示。

3.3 超聲波檢測(cè)技術(shù)

超聲波檢測(cè)技術(shù)的本質(zhì)是將超聲波的特性進(jìn)行提取應(yīng)用于對(duì)巖土工程的內(nèi)部巖層空間進(jìn)行有效的檢測(cè)。該技術(shù)的檢測(cè)方式分為兩種，分別是透射和反射，這兩種方法的檢測(cè)精度都很高，因此使用的頻率相差不大。其具體原理為：首先利用脈沖發(fā)射器進(jìn)行超聲波的產(chǎn)生，接著超聲波傳進(jìn)被檢測(cè)的結(jié)構(gòu)中，并在其中不斷進(jìn)行傳播，最后利用超聲波接收器進(jìn)行接收。最終將超聲波信號(hào)輸入到其特定的處理器中進(jìn)行信息處理，可以將其信號(hào)變化生成圖像，通過示波器展示出來。檢測(cè)技術(shù)人員可以通過信號(hào)處理結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析，進(jìn)而測(cè)得巖土層空間大小和巖土體參數(shù)。超聲波具有聚集性強(qiáng)且散能少的優(yōu)勢(shì)，因此，在進(jìn)行工程施工前的檢測(cè)時(shí)可以保持很長的使用持續(xù)性，對(duì)于復(fù)雜的地質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)也能很好的檢測(cè)出來。比如，在檢測(cè)工程結(jié)構(gòu)的過程中，利用超聲波檢測(cè)技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的抗壓與承載性能進(jìn)行檢測(cè)，而且不會(huì)影響被檢測(cè)結(jié)構(gòu)的特性。

3.4 探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)

探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)以寬帶短脈沖的高頻電磁波（頻率一般為10～1000MHz）作為檢測(cè)工具，通過電線的傳輸將其從地面轉(zhuǎn)移到地下，然后在地下進(jìn)行傳播，最后返回地面，并通過另一個(gè)天線接收器采集信號(hào)[5]。通過測(cè)定高頻電磁波在地下介質(zhì)中的波速V，能準(zhǔn)確測(cè)定高頻電磁波地走時(shí)t，進(jìn)而求出地層或目標(biāo)體的深度和特征參數(shù)。

利用高頻脈沖波的雙程方向是經(jīng)由反射脈沖測(cè)得走的時(shí)間，再通過上式便可求出地層或目標(biāo)體的深度。此外，雷達(dá)儀融合鉆孔對(duì)回波圖形的分析，能夠進(jìn)一步分析得出地質(zhì)剖面的圖形信息與地質(zhì)數(shù)據(jù)資料。

利用探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)對(duì)巖土工程進(jìn)行檢測(cè)的具體操作流程為：

（1）建立測(cè)區(qū)坐標(biāo)，確定測(cè)線的平面位置；

（2）制定檢測(cè)方法（一般采用剖面法、寬角法或透射法）；

（3）確定探地雷達(dá)的測(cè)量參數(shù)（如天線中心頻率、時(shí)窗、掃描點(diǎn)數(shù)和掃描速率等）；

（4）估計(jì)并標(biāo)定電磁波波速；

（5）雷達(dá)圖像的數(shù)字處理和解釋。

探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)單，易于控制，檢測(cè)效率效率高，對(duì)周圍環(huán)境干擾小，因而在巖土工程中應(yīng)用該項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)所得出的檢測(cè)數(shù)據(jù)和結(jié)論精確。

4 結(jié)束語

將工程檢測(cè)技術(shù)充分應(yīng)用于巖土工程中，不僅可以提供檢測(cè)的精度和效率，而且可以幫助相關(guān)的技術(shù)人員減少其工作量。隨著工程檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，我國的巖土工程施工過程也會(huì)逐漸提高其穩(wěn)定性，從而開辟出一條更加光明的發(fā)展之路。