工程检测技术在岩土工程中的应用研究

2022-06-07张弦波

城市建设理论研究（电子版） 2022年10期

张弦波

河北鑫润建筑工程检测有限公司河北保定 071000

岩土工程包括基坑和边坡支护、地下峒室、地基处理与桩基础等多方面的工程内容[1]。在建筑行业不断发展的同时其岩土工程的安全性和稳定性逐渐引起工程施工单位的重点关注，为解决岩土工程带来的各种质量和安全隐患，必须在工程施工前就全面了解施工地址的地下环境情况，采集各项岩土工程数据信息，为实际岩土工程施工提供强有力的保障。因此，为了工程的顺利、高效、高质量施工，也为了更好地保障施工技术人员的生命安全，相关单位引入各类先进工程检测技术以应对不同施工环境下的岩土工程建设，岩土工程施工技术人员也应加强对工程检测技术的了解和应用，制定合理的工程检测规范，充分发挥出岩土工程中工程检测技术的应用价值。

针对岩土工程，我国建筑行业已建立起完善的检测勘察流程，为解决传统工程检测技术精确度较低、在复杂环境下仍存在很多限制的缺点，工程施工单位逐渐采用无损检测技术进行应对。通过利用这类工程检测技术的连续性和精准度高的特性，能够最大程度上避免采集的数据受到地下环境的影响，并借助先进的仪器设备检测到岩土工程的地下自然和物理场的变化，依据海量的数据信息计算工程的岩土层空间大小、岩土体参数、建筑体耐久性、承载能力等参数，为后续岩土工程的施工方案设计和入场施工提供科学有效的指导，避免因岩土地质、工程设计方案等原因导致出现施工质量和安全问题。

1 工程检测技术概述

随着近些年科学技术和检测装备的不断发展，工程检测技术在大量的工程实践中得到验证和使用，并不断改进创新。工程检测技术是指利用相关检测仪器对工程项目的地下环境和施工场地进行实时监控，通过搭建起物理场模型对岩土工程的地质和岩土层进行检测，便于施工技术人员准确掌握施工工程的各项技术参数，以便开展岩土工程检测技术应用研究，建设高质量岩土工程项目[2]。工程检测技术的概念可从以下几个方面进行解读。

（1）工程检测技术并不是一门单一的学科，而是对不同相关门类科学技术的有机综合，它是由物理学与材料力学两门学科组成的，其中还包含着物理学相关的技术知识。因此工程检测技术基于电子技术和计算机计算，岩土工程无损检测不仅可以提高检测工作的效率和质量，还可以减轻相关技术人员的工作压力。

（2）无论是对于现场施工技术人员而言，还是相关的科研检测机构来说，建立起系统化、成规范的检测流程和检测工作标准，对采集数据进行相当程度的分析，并通过建立起的行业对比标准进行研究，才能够充分发挥数据信息的工程作用。工程检测工作是一项非常严谨的工作，每一项工程检测数据的真实准确都容不得一点马虎大意，也不能有一丝一毫的将就，要不然就会对岩土工程的顺利进行造成影响，甚至影响到施工人员的安全，对其造成伤害。

（3）利用工程检测技术对岩土工程进行检测具有很多优势，比如，这种检测技术可以避免对实际工程结构的主体进行破坏，从而不会在检测的过程中影响工程结构的性能，而且可以实现对建筑整体的检测，保证了检测结果的准确性。

在进行检测的过程中，首先对工程结构的检测指标进行设定，并且对正常标准进行规定，然后将检测结果与正常状态进行对比，从而得到工程结构的状态是否正常。

2 工程检测技术施工要点

2.1 规范检测流程

（1）事前工作布置。在岩土工程项目开始前，统一规划、系统布置是至关重要的环节。事前工作布置不仅包括工程检测方案的事先设计，还应该包括检测设备的工作前准备。在使用工程检测技术之前，需根据具体情况先进行各类传感器布置，并合理安排工程检测所需的电路、仪器等多种设备，并充分检测各类设备的可用性。因此，开展工程检测工作前一定要在对各类工程检测技术和工程检测对象充分了解的基础之上进行充分扎实的准备工作，要对岩土工程项目的检测和施工全过程进行考虑，从全局的角度选择恰当的检测设备，并模拟检测和施工过程中的各种可能情况，提前做好相关的应急调整方案，从而保证检测数据的准确性，保证工程检测过程扎实稳定的推进。

（2）检测过程处理。在岩土工程检测过程中，使用过很多检测技术，这些检测技术都有自己的独特的优势。因此，对于不同的工程施工地点，检测技术人员要选择适合于此地质的检测技术，这样才能准确的检测出所需要的信息。对于喀斯特地貌[3]，类似于这种地质分布的地区，目前还没有研发出一种可以单独检测其地质信息的检测技术，为此测技术人员采用多种检测技术共同对复杂地质的施工地点进行检测。这种检测技术综合使用的方式不仅使得检测结果更加准确，解决了复杂地质检测的困难和难题，而且能够有效地避免人为误差对数据产生影响。通过在隧道工程中应用这一方法来进行施工质量控制与安全管理，可以有效提高整个工程施工水平，确保工程质量稳定可靠，同时也能减少事故发生。

（3）试验测试结果分析。工程检测技术检测得到的数据信息是工程地质的原始参数，必须先经过大量的试验对比分析，并经过一定的验证才能开展后续入场施工环节。在进行实际的现场测试中，需要对不同的土质进行详细的特性分析，由于不同的土质分布对施工过程的影响非常大，其决定了施工的顺序已经机器的安置等。因此，工程检测所采集的数据必须能够经得起实际施工的试验验证。

2.2 数据采集和分析

在实际的施工地点收集数据的过程中，有很多外界因素会影响到数据的收集，这不仅使得采集过程变得困难，也对数据的准确性造成影响。所以，采用何种方式进行地质地貌数据采集，并合理进行数据传输，不仅影响了施工工程的数据准确性，而且会进一步影响到工程施工过程的进行和最终质量。

数据采集后整理出原始数据资料，这些数据不能直接进行应用，需要经过专业的技术人员利用计算机等设备进行处理和分析后才可以应用到实际的工程实践中。如应用弹性波勘测方法进行岩土工程检测时，检测过程受到了很多因素的影响，因此需要专业人员进行数据的处理，从而排除干扰条件的影响。

2.3 加强检测技术与岩土工程的联系性

为了岩土施工工程的顺利进行，提高工程的整体施工水平，需要加强在岩土工程中应用工程检测技术。工程检测技术人员要掌握检测技术的核心原理和应用技术，这样才能在岩土工程中合理使用工程检测技术，加强两者的联系。在实际的岩土工程检测中，技术人员需要根据实际的工程环境和具体的工程施工要求以及检测仪器装备的能力进行检测规划，按照顺序完成检测工作。通过加强检测技术与岩土工程的联系性，不但可以顺利完成检测工作，主要是可以推动工程施工的顺利进行。

3 岩土工程无损检测技术的具体应用

3.1 光纤传感检测技术

光纤传感检测技术的原理是光纤中光在传播过程中，其特征参数会发生不断的改变，包括光强、相位、偏振态以及频率等，通过利用这些参数的变化可以对检测环境的变化进行表达。根据几何光学原理，当光线以与光纤轴线夹角为从空气中（折射率为）射入纤芯，并以法线角射到纤芯的包层界面上时，若大于全反射临界角，则子午光线将按照锯齿形路径，并沿光纤纤芯通过波导轴线行进。若小于全反射临界角，则光线将折射出纤芯而在包层中传播或逸出光纤之外而散失[4]。

在实际的工程测量过程中，光纤传感器需要设置于被检测的结构中，在外界的压力、温度等环境因素的影响下，光纤的几何参数和物理参数都会改变，进而导致光纤的各种参数发生改变，一般考虑的几个参数为相位、偏振态、波长、等。然后根据检测到的参数的变化情况，进行计算和分析，最终可以得到实际要检测的工程物理参数，然后将这些参数应用于工程施工中。

依据光纤传感器传感机理，可分为光纤布拉格光栅应力-应变传感器、低模光纤跨模干涉应力应变检测、F-P干涉腔等；在实际岩土工程检测中，主要需针对应力、应变进行检测，因此基于F-P干涉腔的应力-应变检测逐渐被各大施工单位所采用的。Fabry－Perot传感器使用宽频白光光源，利用两个面对面的半反射镜进行反射传播，通过两组反射光发生干涉并返回到读取装置上，进而测量出其应力应变的变化。

对于光纤传感检测技术来说，其独特的检测方式以及光纤的传播特性使得其具有其他检测技术不具备的优势。比如，光纤的传播过程不会受到周围环境的因素影响，因此在检测过程中，检测结果与外界因素可能干扰铁磁信号，可能会导致检测结果不准确。另外，在光纤传感检测技术应用的过程中，被检测的对象不会反过来影响检测装置，所以，检测结果相对于其他的检测技术结果来说会更加准确。而且光纤传感器的尺寸小，密度小，而且使用方便，绝缘性能强，而且在使用的过程中不容易被腐蚀，不怕高压等影响，所以，很多的工程施工单位都选择这种检测技术。

3.2 瑞雷波法检测技术

瑞雷波法探测的原理是弹性波在传输过程中遇到密度等不同性质的介质时，会发生反射和折射现象，并且改变其传播速度，将这些检测数据进行分析就可以得到岩土工程检测中所需要的信息。由于瑞雷波具有的独特性质使得其应用于检测技术中可以检测出非常全面的地质信息，因而对于岩土工程检测来说是非常重要的检测工具。而且由于瑞雷波能够容易地被激发和接收，在实际工程应用中实用性较强。

瑞雷波法检测技术在应用时根据其激发的震源不同，可以分为瞬态和稳态两种。瞬态的检测技术是利用瑞雷波的频率范围进行检测的过程，在检测过程需要叠加波的频率范围；稳态检测技术指的是利用频率固定的波进行检测，这种检测方式不需要进行波的叠加。根据瑞雷波的半波长理论，瑞雷波的平均速度介质介质在波长深度的平均弹性性质，即其工程检测深度H为：

根据公式可以得到，岩土工程的地质深度可以通过不同波长的瑞雷波表示。

3.3 超声波检测技术

超声波检测技术的本质是将超声波的特性进行提取应用于对岩土工程的内部岩层空间进行有效的检测。该技术的检测方式分为两种，分别是透射和反射，这两种方法的检测精度都很高，因此使用的频率相差不大。其具体原理为：首先利用脉冲发射器进行超声波的产生，接着超声波传进被检测的结构中，并在其中不断进行传播，最后利用超声波接收器进行接收。最终将超声波信号输入到其特定的处理器中进行信息处理，可以将其信号变化生成图像，通过示波器展示出来。检测技术人员可以通过信号处理结果进行详细分析，进而测得岩土层空间大小和岩土体参数。超声波具有聚集性强且散能少的优势，因此，在进行工程施工前的检测时可以保持很长的使用持续性，对于复杂的地质内部结构也能很好的检测出来。比如，在检测工程结构的过程中，利用超声波检测技术不仅可以实现对结构的抗压与承载性能进行检测，而且不会影响被检测结构的特性。

3.4 探地雷达检测技术

探地雷达检测技术以宽带短脉冲的高频电磁波（频率一般为10～1000MHz）作为检测工具，通过电线的传输将其从地面转移到地下，然后在地下进行传播，最后返回地面，并通过另一个天线接收器采集信号[5]。通过测定高频电磁波在地下介质中的波速V，能准确测定高频电磁波地走时t，进而求出地层或目标体的深度和特征参数。