近日，我校地球科學與工程學院沈鴻雁教授帶領的科研團隊聯(lián)合陜西地礦物化探隊、長安大學等7家單位的15名科研人員，在國際頂尖學術期刊《Nature Communications》（JCR、中科院分區(qū)雙一區(qū)TOP期刊，IF=17.69）上發(fā)表題為《Quality evaluation of ground improvement by deep cement mixing piles via ground-penetrating radar》的高水平論文，這是繼2022年該團隊在國際頂尖學術期刊《Science Bulletin》（JCR、中科院分區(qū)雙一區(qū)TOP期刊，IF=20.577）上發(fā)表題為《Collision between the northern Tibet and Tarim Block as revealed by the gravity data》的高水平論文以來的又一篇力作。
地基沉降是油氣田地面工程、高層建筑、大型廠礦、高等級公路等建設面臨的一個嚴重病害問題，在濕陷性黃土覆蓋區(qū)、江河沿海區(qū)、采空區(qū)、巖溶發(fā)育區(qū)等尤為突出，這對工程建筑的使用壽命和運行安全構成了巨大的威脅。深層水泥攪拌（Deep Cement Mixing，DCM）樁是地基沉降病害預防和治理的關鍵技術，然而，受土層及地下水動力條件、施工技術缺陷、施工漏洞等原因，導致部分樁基可能會存在不同程度的缺陷，為誘發(fā)安全事故埋下了隱患，因此樁基缺陷檢測和筑樁質量評估是地基病害治理工程的重要保障技術。傳統(tǒng)工程樁基檢測主要采用靜荷載試驗、鉆孔取芯、高應變動測、低應變動測等方法和技術，這些方法大多屬于破壞性檢測技術，而且周期長、成本高、抽樣比例低（1%～2%）、抽樣的代表性差；此外，DCM樁屬于“就地取材”，而且樁群數(shù)量龐大、樁距小、密度高，采用傳統(tǒng)的樁基檢測技術難以取得明顯的檢測效果和較高的經(jīng)濟效益。
圖1 群樁加固軟土地基的地質模型及其GPR響應特征
針對上述困難和挑戰(zhàn)，研究團隊歷時數(shù)年研究，通過理論推導、模型構建、數(shù)值模擬、軟件開發(fā)和現(xiàn)場試驗等手段，創(chuàng)新提出了將樁基缺陷檢測轉化為地基加固質量評價的思想，構建出樁群加固地基的地質模型，揭示了群樁條件下地基的地質雷達（Ground Penetrating Radar，GPR）響應特征，研發(fā)出GPR多屬性信息提取軟件新技術，并建立了樁基缺陷檢測及地基加固質量評價的GPR技術體系。依托甘肅省安臨高速公路建設項目，研究團隊開展了GPR技術在DCM樁缺陷檢測及地基加固質量評價中的應用實踐。研究結果表明，通過融合單道波形、多道剖面、GPR屬性和鉆孔等信息，可準確識別出樁長和強/弱加固層、原生地層、缺陷地層的埋深及范圍等。該研究成果為軟土地基的DCM樁加固質量評價提供了一種快速、高效和經(jīng)濟的技術解決方案，填補了樁群數(shù)量大、樁距小、密度高等情況下樁基缺陷高效檢測的技術空白。
圖2 GPR屬性解釋結果
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-39236-4
