场地地下障碍物探查技术分析与应用_吴发荣.pdf

发展与创新2002023 年 第 02 期 总第 130 期 工程技术研究场地地下障碍物探查技术分析与应用吴发荣中国联合工程有限公司，浙江 杭州 310052摘要：文章首先介绍了常见的地下障碍物和其探查方法，然后以杭州市某连片综合改造项目为例，对场地地下障碍物探查技术应用进行分析。该改造场地为拆旧建新的老城区，在拆除原有建（构）筑物后，地下仍存在一些不明的地下障碍物，因此应高度重视场区地下障碍物，予以探查，以保证后续基础设计和施工的顺利进行。工程案例结合实际情况，选择了合理的综合探查手段，详尽地查明了场地地下障碍物的性质和分布特征，为后续基础设计和施工提供了可靠的处置依据。关键词：老城区；地下障碍物；探查技术Abstract:This paper first introduces common underground obstacles and their exploration methods,and then takes a multiple-block-joint comprehensive reconstruction project in Hangzhou as an example to analyze the application of underground obstacle exploration technology in the site.The reconstruction site is an old urban area where old buildings are demolished and new ones are built.After demolishing the original buildings(structures),there are still some unknown underground obstacles.Therefore,great attention should be paid to the underground obstacles in the site and exploration should be carried out to ensure the smooth progress of subsequent foundation design and construction.Combined with the actual situation,the project case selects a reasonable comprehensive exploration method to find out the nature and distribution characteristics of underground obstacles in detail,which provides a reliable basis for the subsequent foundation design and construction.Key Words:old urban area;underground obstacles;Analysis and Application of Underground Obstacle Exploration Technology in the SiteWU FarongChina United Engineering Corporation Limited,Hangzhou 310052,Zhejiang,China064.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.02.作者简介：吴发荣，男，本科，高级工程师，研究方向为岩土工程。近年来，城市化进程不断加快，旧城改造成为加快城市建设和发展的一项非常重要的工作。旧城改造有利于推进城市化进程，是现代化城市营造良好发展环境的迫切需要，一些城中村改造或是旧城改造也随之增多1。杭州市某连片综合改造工程就是一个由多个村组成的连片综合改造项目，由于地处市区，原有建（构）筑物拆除后的场地，虽进行“三通一平”时，已进行地表障碍物的清理工作，但场地地下还有些障碍物未能清除完全，故应高度重视拆旧建新的老城区地下障碍物，并予以探查，以保证后续基础设计和施工的顺利进行2。因此，需要先探查场地内的原有障碍物的性质和分布特征，采取相应的处置措施的工作尤为重要3。其中一项重要的任务就是把场地内的障碍物探查清楚，为后续基础设计和施工提供可靠的处置依据。1 常见的地下障碍物地下障碍物通常包括人类活动产生的，如旧基础（含独基、条基、筏基、桩基础等）、地下管线、地下通道、人防工程等；也包括自然生态本身就有的不良地质问题，如地下土洞、溶洞、地裂缝或者影响施工的孤石、卵石层；还有一些历史遗留的墓穴、古代遗址等4。2 常见障碍物的探查方法地下障碍物探查受到目标体性质特征、规模特征、exploration technology分类号：TU195发展与创新201工程技术研究 第 8 卷 总第 130 期 2023 年 1 月空间分布特征，以及浅部干扰等限制，各个工况需要的方法方案更要求多样性和针对性。目前障碍物探查的常见方法有依靠资料搜集和实地调查，槽探、钎探，地质雷达，地震映像，以及将各种物探方法相结合5。2.1 资料搜集与调查目前管网调查很大程度上依靠资料搜集、实地调查和踏勘等获得，但对于拆旧建新的老城区，管线基本已迁走或进行废弃处理。另外，其他障碍物探查主要还是通过资料搜集、实地调查和踏勘等获取相关资料并加以分析，从而更有针对性地选取可靠的探查方法。2.2 槽探现场开挖探槽，让浅部的（一般埋深小于 3 m）障碍物直接暴露出来，直接探测障碍物的尺寸及分布情况，并辅以具有代表性部位的彩色照片记录。开挖深度、尺寸及安全措施均应符合相关规范要求。探槽施工简便，成本低，应用较广。2.3 地质雷达利用超高频电磁波探测地下介质分布，它的基本原理：发射机通过发射天线发射中心频率为 12.5 1 200 M、脉冲宽度为 0.1 ns 的脉冲电磁波信号，当这一信号在遇到探测目标时，会产生一个反射信号，直达信号和反射信号通过接收天线输入接收机，放大后由示波器显示出来。根据示波器有无反射信号，可以判断有无被测目标；根据反射信号到达滞后时间及目标物体平均反射波速，可以大致计算出探测目标的距离。其通常广泛用于考古、基础深度确定、矿产勘探、地下管线探测、无损探伤及冰川、地下水污染、潜水面、溶洞、钢筋结构、水泥结构等检测中。2.4 地震映像法地震映像法亦称单道地震法，是基于反射波法中的最佳偏移距技术发展起来的一种常用的浅层勘探方法。该方法配置灵活、方便操作，资料整理简单，异常简明，易于辨认；且以高效、经济的优势在工程物探领域中具有广阔的应用前景。地震映像法是常用于探测浅部介质中的纵横向不均匀体（如岩溶、空洞、障碍物、构造等）的有效方法。2.5 低应变反射波法该方法是用棒或者锤敲击桩顶产生弹性波，该弹性波沿桩身向下传播，遇到阻抗界面时会产生反射波和透射波，反射波向上传播到达桩顶时，被安装在桩顶的传感器接收。通过接收到的波形信号，可以判断桩身质量。2.6 钻芯法该方法是在桩顶向下沿桩身钻孔，并取出桩体芯样，通过观测桩体芯样来评价桩身质量。但钻孔取芯法适用于灌注桩，且易出现钻孔偏出桩外的情况，且该方法会对桩造成损伤，属于有损检测。2.7 磁测井法为确保桩周一定范围内无明显的磁性干扰，需根据地质条件、打孔深度选择性预埋 PVC 套管，快速探测，不受地下水位等地质条件的影响。可探测管桩或灌注桩深度及拼接长度；也可对施工资料缺失的既有建筑进行探测；还可对上层建筑已经建成的桩基进行探测。3 工程实例分析3.1 工程概况杭州市某连片综合改造工程是一个由多个村组成的连片综合改造项目，由于地处市区，原有建（构）筑物拆除后的场地，虽进行三通一平时，已进行地表障碍物的清理工作，但还是有些地下障碍物未能清除完全。通常拆旧建新的老城区，应对场区地下障碍物高度重视，以保证基础设计和施工的顺利进行。根据任务需要探查地下障碍物的特性及分布特征。3.2 地下障碍物探查技术应用3.2.1 工作原理根据区域内资料搜集、实地调查和踏勘等获取得相关资料综合分析，拆旧建新的老城区，不是此次研究的主要对象。场区内原先多以低层、多层建筑为主，旧基础多为浅基础如独立基础、条形基础或筏板基础，因此选择地质雷达结合槽探验证或是槽探直接探查。对桩基础区域除采取以上方法外，在承台挖除后，对基桩选取预埋 PVC 套管磁测井法+低应变法相结合的综合探查手段来探测桩长并研判桩身完整性。3.2.2 工作方法及仪器设备（1）地质雷达。探测仪器设备。此次探地雷达检测采用的仪器为中国电波传播研究所青岛分所生产的 LTD-2100 型探地雷达及配套 270 MHz 屏蔽天线。采样点数为 1 024，扫描率 16 32 次/s，测距轮定位，采用点测和连续测量。探测工作方法。探地雷达测试技术是一种非破坏性的测试技术，它具有抗干扰能发展与创新2022023 年 第 02 期 总第 130 期 工程技术研究力强、适应性强、工作条件宽松、快速、简捷、探测精度和分辨率高等优点。探地雷达是利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式，由地面通过天线传入地下，经地下地层或目的物反射后返回地面，被另一天线接收，脉冲波旅行时间为 T。当地下介质的波速已知时，可根据测到的准确 T 值计算反射体的深度。（2）槽探。探测仪器设备。在需要重点研究部位，利用小型挖掘设备，挖掘探槽。探测工作方法。现场开挖探槽，让浅部的（一般埋深小于 3 m）障碍物直接暴露出来，直接探测障碍物的尺寸及分布情况，并辅以代表性部位的彩色照片记录。（3）磁测井法。探测仪器设备。磁梯度测量：RS-RBMT 磁探仪；40 mm 美国产磁梯度传感器。深度 测 量：100 m 记 数 电 缆、1 台 CMPP 自 动 接 收 器。探测工作方法。第一，模拟试验。探测工作开始之前选择 8.0 m 长的钢筋笼（直径为 700 mm，主筋2020 mm），在其一侧 1.0 m、2.0 m、3.0 m 处进行实地磁梯度探测，磁梯度经背景修正后成图。测试结果显示：3.0 m 内钢筋笼两端及横箍筋处均有磁梯度反应，2.0 m 内反应明显。梯度特征与理论曲线相吻合，由此可认证将该方法应用于实践工程中是有理论依据的。第二，成孔。在进行探测以前，用 XY-100 工程钻机在被测桩附近钻取 1 个探测孔，孔径为 108 mm，一般孔深超过钢筋笼长度 3 5 m，以便能探测到没有铁磁性物质的正常背景值，从而可以准确确定强磁性的钢筋笼底端的位量。第三，探测。探测前校准仪器后，进行正常探测。为保证数据的准确性，每根桩均重复观测 2 3 次，如发现不明干扰或数据异常，应立即停止探测，查明原因后重新探测。此次探测未发生因突然干扰而产生数据异常的情况。（4）低应变反射波法。探测仪器设备。采用武汉沿海工程技术有限公司生产的 RS-WP 型基桩动测仪，基桩动测仪由数据采集器、传感器及附属部件组成，具有数据采集、信号显示、屏幕处理、计算分析和数据贮存的全部功能。探测工作方法。将桩视为一维弹性杆体，按照波动理论，利用桩顶激振产生的应力波在桩身传播时遇到不同的波阻抗界面时，反射波的时域和谱域的不同特征来分析判断。有条件的工程，在低应变法用于桩长检测时，可以借助钻探取芯、声波透射法等其他方法加以验证。3.2.3 成果分析及验证结果（1）浅基础片区。在浅基础分布区域，根据场地环境和波速的拾取，拟定电磁波传播速度为 0.113 m/ns，通过该速度对雷达剖面图进行时深转换。根据采集信号的波形、振幅、频率，推测出探测区域地下目标体的分布情况。某代表性承台探地雷达探测成果如图 1、图 2 所示。距离（m）2.04.00.001.002.003.004.005.00100.080.060.040.020.00.00时间标尺（ns）深度标尺（m）图 1 1#测线雷达解释图距离（m）2.04.00.001.002.003.004.005.00100.080.060.040.020.00.00时间标尺（ns）深度标尺（m）图 2 4#测线雷达解释图由图 1、图 2 可知，承台下部雷达波信号特征不明显，主要干扰因素为场地上部覆土较松散和杂乱，但下部 2.4 2.6 m 深度附近存在较强的层位分界面，推测承台底部反射亦在区间内。通过对某代表性承台进行探地雷达探测工作，经资料分析整理，得出以下结论：基础承台埋深 0.8 1.0 m；承台底板埋深 2.4 2.6 m，基础承台几何尺寸为 4.0 m4.0 m1.6 m（长 宽 高）。发展与创新203工程技术研究 第 8 卷 总第 130 期 2023 年 1 月在该区域重点部位开挖探槽，经现场开挖实测基础承台几何尺寸，基本与探地雷达探测成果一致。由此可见：根据示波器有无反射信号，可以判断有无被测目标，根据反射信号到达滞后时间及目标物体平均反射波速，可以大致计算出探测目标的距离。通常可广泛用于基础深度确定、地下管线探测、无损探伤，以及钢筋结构、水泥结构等的探测。（2）桩基础片区。在桩基础分布区域，除采取以上地质雷达探测外，还在重点研究部位挖除承台后，对基桩选取预埋 PVC 套管磁测井法+低应变法相结合的综合探查手段来探测桩长及研判桩身完整性。对某代表性灌注桩做如下分析：外业工作完成之后转入内业数据处理、资料整理，将现场测试数据在计算机软件处理后并绘制，磁梯度随深度变化曲线图如图 3 所示，最终得到基桩钢筋笼和桩的长度约 15.0 m。用于该区域的探查。4 结论及建议综上所述，对于地处市区的一些拆旧建新的老城区，原有建（构）筑物拆除后，应对场区地下障碍物予以高度重视，以保证后续基础设计和施工的顺利进行。对场地地下障碍物的探查工作，应结合工程实际，选择合理的综合探查手段，详尽地查明场地内的障碍物的性质和分布特征，为后续基础设计和施工提供可靠的处置依据。因此，根据在区域内资料搜集、实地调查和踏勘等获得相关资料并经综合分析后，对于浅基础片区，建议选择地质雷达结合槽探验证或是槽探直接探查。对桩基础区域除采取以上方法外，在特别需要重点验证的区域，进一步采用预埋 PVC 套管磁测井法+低应变法相结合的综合探查手段来探测基桩的埋深（m）-6 000-5 000-4 000-3 000-2 000-1 00001 0002 0003 0004 000磁梯度 Z（nt）图 3 某灌注桩磁梯度与深度变化曲线图为了提供有力的验证判断依据，特将以上桩型作为重点试验来验证，对某代表性基桩灌注桩进行低应变检测，根据桩底反射曲线可以判别基桩长度约 15.1 m，此灌注桩的低应变反射曲线图如图 4 所示。电压（mv）基桩长度 L（m）波速：3763 m/s桩径：800 mm桩号：16工地：新建文件夹824.515.13 m22.5815.057.530.0030.10图 4 某灌注桩的低应变反射曲线按照规范规定，低应变是测桩完整性的，不是测桩长和强度的。低应变检测桩长，误差在 1 m 左右，桩长较短时，比较准，操作规范，尽量排除现场测试干扰因素，并采用一些信号数据处理等方法，可以提高桩长探测的准确性。以上两种探测成果相互验证对比，探测数据误差约为 0.1 m，精度完全能满足工程需要，说明两者探测成果非常吻合，选取方法得当，适桩长并研判桩身完整性。参考文献1 徐杰,胡鑫印.低应变法与磁测井法联合检测管桩桩长的应用与分析J.建筑安全,2021,36(12):47-49.2 朱正,朱田.螺锁式连接预应力混凝土异型管桩桩身完整性检测分析J.浙江水利科技,2021,49(2):27-32.3 刘耀徽,恩和得力海,张耘获,等.面波全波形反演在地下浅埋障碍物探查中的应用研究J.地球物理学进展,2021,36(4):1702-1710.4 张锋,胡鑫印,高明枫.声波透射法在预应力管桩桩长检测中的应用分析J.工程质量,2020,38(6):59-61.5 徐磊,张耀镭,周长瑞.磁测法在探测预应力管桩桩长上的应用J.工程地球物理学报,2016,13(3):323-326.