工程檢測技術在巖土工程中的應用研究

張弦波

河北鑫潤建筑工程檢測有限公司 河北 保定 071000

巖土工程包括基坑和邊坡支護、地下峒室、地基處理與樁基礎等多方面的工程內容[1]。在建筑行業不斷發展的同時其巖土工程的安全性和穩定性逐漸引起工程施工單位的重點關注，為解決巖土工程帶來的各種質量和安全隱患，必須在工程施工前就全面了解施工地址的地下環境情況，采集各項巖土工程數據信息，為實際巖土工程施工提供強有力的保障。因此，為了工程的順利、高效、高質量施工，也為了更好地保障施工技術人員的生命安全，相關單位引入各類先進工程檢測技術以應對不同施工環境下的巖土工程建設，巖土工程施工技術人員也應加強對工程檢測技術的了解和應用，制定合理的工程檢測規范，充分發揮出巖土工程中工程檢測技術的應用價值。

針對巖土工程，我國建筑行業已建立起完善的檢測勘察流程，為解決傳統工程檢測技術精確度較低、在復雜環境下仍存在很多限制的缺點，工程施工單位逐漸采用無損檢測技術進行應對。通過利用這類工程檢測技術的連續性和精準度高的特性，能夠最大程度上避免采集的數據受到地下環境的影響，并借助先進的儀器設備檢測到巖土工程的地下自然和物理場的變化，依據海量的數據信息計算工程的巖土層空間大小、巖土體參數、建筑體耐久性、承載能力等參數，為后續巖土工程的施工方案設計和入場施工提供科學有效的指導，避免因巖土地質、工程設計方案等原因導致出現施工質量和安全問題。

1 工程檢測技術概述

隨著近些年科學技術和檢測裝備的不斷發展，工程檢測技術在大量的工程實踐中得到驗證和使用，并不斷改進創新。工程檢測技術是指利用相關檢測儀器對工程項目的地下環境和施工場地進行實時監控，通過搭建起物理場模型對巖土工程的地質和巖土層進行檢測，便于施工技術人員準確掌握施工工程的各項技術參數，以便開展巖土工程檢測技術應用研究，建設高質量巖土工程項目[2]。工程檢測技術的概念可從以下幾個方面進行解讀。

（1）工程檢測技術并不是一門單一的學科，而是對不同相關門類科學技術的有機綜合，它是由物理學與材料力學兩門學科組成的，其中還包含著物理學相關的技術知識。因此工程檢測技術基于電子技術和計算機計算，巖土工程無損檢測不僅可以提高檢測工作的效率和質量，還可以減輕相關技術人員的工作壓力。

（2）無論是對于現場施工技術人員而言，還是相關的科研檢測機構來說，建立起系統化、成規范的檢測流程和檢測工作標準，對采集數據進行相當程度的分析，并通過建立起的行業對比標準進行研究，才能夠充分發揮數據信息的工程作用。工程檢測工作是一項非常嚴謹的工作，每一項工程檢測數據的真實準確都容不得一點馬虎大意，也不能有一絲一毫的將就，要不然就會對巖土工程的順利進行造成影響，甚至影響到施工人員的安全，對其造成傷害。

（3）利用工程檢測技術對巖土工程進行檢測具有很多優勢，比如，這種檢測技術可以避免對實際工程結構的主體進行破壞，從而不會在檢測的過程中影響工程結構的性能，而且可以實現對建筑整體的檢測，保證了檢測結果的準確性。

在進行檢測的過程中，首先對工程結構的檢測指標進行設定，并且對正常標準進行規定，然后將檢測結果與正常狀態進行對比，從而得到工程結構的狀態是否正常。

2 工程檢測技術施工要點

2.1 規范檢測流程

（1）事前工作布置。在巖土工程項目開始前，統一規劃、系統布置是至關重要的環節。事前工作布置不僅包括工程檢測方案的事先設計，還應該包括檢測設備的工作前準備。在使用工程檢測技術之前，需根據具體情況先進行各類傳感器布置，并合理安排工程檢測所需的電路、儀器等多種設備，并充分檢測各類設備的可用性。因此，開展工程檢測工作前一定要在對各類工程檢測技術和工程檢測對象充分了解的基礎之上進行充分扎實的準備工作，要對巖土工程項目的檢測和施工全過程進行考慮，從全局的角度選擇恰當的檢測設備，并模擬檢測和施工過程中的各種可能情況，提前做好相關的應急調整方案，從而保證檢測數據的準確性，保證工程檢測過程扎實穩定的推進。

（2）檢測過程處理。在巖土工程檢測過程中，使用過很多檢測技術，這些檢測技術都有自己的獨特的優勢。因此，對于不同的工程施工地點，檢測技術人員要選擇適合于此地質的檢測技術，這樣才能準確的檢測出所需要的信息。對于喀斯特地貌[3]，類似于這種地質分布的地區，目前還沒有研發出一種可以單獨檢測其地質信息的檢測技術，為此測技術人員采用多種檢測技術共同對復雜地質的施工地點進行檢測。這種檢測技術綜合使用的方式不僅使得檢測結果更加準確，解決了復雜地質檢測的困難和難題，而且能夠有效地避免人為誤差對數據產生影響。通過在隧道工程中應用這一方法來進行施工質量控制與安全管理，可以有效提高整個工程施工水平，確保工程質量穩定可靠，同時也能減少事故發生。

（3）試驗測試結果分析。工程檢測技術檢測得到的數據信息是工程地質的原始參數，必須先經過大量的試驗對比分析，并經過一定的驗證才能開展后續入場施工環節。在進行實際的現場測試中，需要對不同的土質進行詳細的特性分析，由于不同的土質分布對施工過程的影響非常大，其決定了施工的順序已經機器的安置等。因此，工程檢測所采集的數據必須能夠經得起實際施工的試驗驗證。

2.2 數據采集和分析

在實際的施工地點收集數據的過程中，有很多外界因素會影響到數據的收集，這不僅使得采集過程變得困難，也對數據的準確性造成影響。所以，采用何種方式進行地質地貌數據采集，并合理進行數據傳輸，不僅影響了施工工程的數據準確性，而且會進一步影響到工程施工過程的進行和最終質量。

數據采集后整理出原始數據資料，這些數據不能直接進行應用，需要經過專業的技術人員利用計算機等設備進行處理和分析后才可以應用到實際的工程實踐中。如應用彈性波勘測方法進行巖土工程檢測時，檢測過程受到了很多因素的影響，因此需要專業人員進行數據的處理，從而排除干擾條件的影響。

2.3 加強檢測技術與巖土工程的聯系性

為了巖土施工工程的順利進行，提高工程的整體施工水平，需要加強在巖土工程中應用工程檢測技術。工程檢測技術人員要掌握檢測技術的核心原理和應用技術，這樣才能在巖土工程中合理使用工程檢測技術，加強兩者的聯系。在實際的巖土工程檢測中，技術人員需要根據實際的工程環境和具體的工程施工要求以及檢測儀器裝備的能力進行檢測規劃，按照順序完成檢測工作。通過加強檢測技術與巖土工程的聯系性，不但可以順利完成檢測工作，主要是可以推動工程施工的順利進行。

3 巖土工程無損檢測技術的具體應用

3.1 光纖傳感檢測技術

光纖傳感檢測技術的原理是光纖中光在傳播過程中，其特征參數會發生不斷的改變，包括光強、相位、偏振態以及頻率等，通過利用這些參數的變化可以對檢測環境的變化進行表達。根據幾何光學原理，當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，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軸線行進。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]。

在實際的工程測量過程中，光纖傳感器需要設置于被檢測的結構中，在外界的壓力、溫度等環境因素的影響下，光纖的幾何參數和物理參數都會改變，進而導致光纖的各種參數發生改變，一般考慮的幾個參數為相位、偏振態、波長、等。然后根據檢測到的參數的變化情況，進行計算和分析，最終可以得到實際要檢測的工程物理參數，然后將這些參數應用于工程施工中。

依據光纖傳感器傳感機理，可分為光纖布拉格光柵應力-應變傳感器、低模光纖跨模干涉應力應變檢測、F-P干涉腔等；在實際巖土工程檢測中，主要需針對應力、應變進行檢測，因此基于F-P干涉腔的應力-應變檢測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，利用兩個面對面的半反射鏡進行反射傳播，通過兩組反射光發生干涉并返回到讀取裝置上，進而測量出其應力應變的變化。

對于光纖傳感檢測技術來說，其獨特的檢測方式以及光纖的傳播特性使得其具有其他檢測技術不具備的優勢。比如，光纖的傳播過程不會受到周圍環境的因素影響，因此在檢測過程中，檢測結果與外界因素可能干擾鐵磁信號，可能會導致檢測結果不準確。另外，在光纖傳感檢測技術應用的過程中，被檢測的對象不會反過來影響檢測裝置，所以，檢測結果相對于其他的檢測技術結果來說會更加準確。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，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技術。

3.2 瑞雷波法檢測技術

瑞雷波法探測的原理是彈性波在傳輸過程中遇到密度等不同性質的介質時，會發生反射和折射現象，并且改變其傳播速度，將這些檢測數據進行分析就可以得到巖土工程檢測中所需要的信息。由于瑞雷波具有的獨特性質使得其應用于檢測技術中可以檢測出非常全面的地質信息，因而對于巖土工程檢測來說是非常重要的檢測工具。而且由于瑞雷波能夠容易地被激發和接收，在實際工程應用中實用性較強。

瑞雷波法檢測技術在應用時根據其激發的震源不同，可以分為瞬態和穩態兩種。瞬態的檢測技術是利用瑞雷波的頻率范圍進行檢測的過程，在檢測過程需要疊加波的頻率范圍；穩態檢測技術指的是利用頻率固定的波進行檢測，這種檢測方式不需要進行波的疊加。根據瑞雷波的半波長理論，瑞雷波的平均速度介質介質在波長深度的平均彈性性質，即其工程檢測深度H為：

根據公式可以得到，巖土工程的地質深度可以通過不同波長的瑞雷波表示。

3.3 超聲波檢測技術

超聲波檢測技術的本質是將超聲波的特性進行提取應用于對巖土工程的內部巖層空間進行有效的檢測。該技術的檢測方式分為兩種，分別是透射和反射，這兩種方法的檢測精度都很高，因此使用的頻率相差不大。其具體原理為：首先利用脈沖發射器進行超聲波的產生，接著超聲波傳進被檢測的結構中，并在其中不斷進行傳播，最后利用超聲波接收器進行接收。最終將超聲波信號輸入到其特定的處理器中進行信息處理，可以將其信號變化生成圖像，通過示波器展示出來。檢測技術人員可以通過信號處理結果進行詳細分析，進而測得巖土層空間大小和巖土體參數。超聲波具有聚集性強且散能少的優勢，因此，在進行工程施工前的檢測時可以保持很長的使用持續性，對于復雜的地質內部結構也能很好的檢測出來。比如，在檢測工程結構的過程中，利用超聲波檢測技術不僅可以實現對結構的抗壓與承載性能進行檢測，而且不會影響被檢測結構的特性。

3.4 探地雷達檢測技術

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

利用高頻脈沖波的雙程方向是經由反射脈沖測得走的時間，再通過上式便可求出地層或目標體的深度。此外，雷達儀融合鉆孔對回波圖形的分析，能夠進一步分析得出地質剖面的圖形信息與地質數據資料。

利用探地雷達檢測技術對巖土工程進行檢測的具體操作流程為：

（1）建立測區坐標，確定測線的平面位置；

（2）制定檢測方法（一般采用剖面法、寬角法或透射法）；

（3）確定探地雷達的測量參數（如天線中心頻率、時窗、掃描點數和掃描速率等）；

（4）估計并標定電磁波波速；

（5）雷達圖像的數字處理和解釋。

探地雷達檢測技術簡單，易于控制，檢測效率效率高，對周圍環境干擾小，因而在巖土工程中應用該項檢測技術所得出的檢測數據和結論精確。

4 結束語

將工程檢測技術充分應用于巖土工程中，不僅可以提供檢測的精度和效率，而且可以幫助相關的技術人員減少其工作量。隨著工程檢測技術的應用，我國的巖土工程施工過程也會逐漸提高其穩定性，從而開辟出一條更加光明的發展之路。