近日，我校地球科學(xué)與工程學(xué)院沈鴻雁教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合陜西地礦物化探隊(duì)、長安大學(xué)等7家單位的15名科研人員，在國際頂尖學(xué)術(shù)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(tuán)隊(duì)在國際頂尖學(xué)術(shù)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(shè)面臨的一個(gè)嚴(yán)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(yùn)行安全構(gòu)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(yù)防和治理的關(guān)鍵技術(shù)，然而，受土層及地下水動力條件、施工技術(shù)缺陷、施工漏洞等原因，導(dǎo)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(zhì)量評估是地基病害治理工程的重要保障技術(shù)。傳統(tǒng)工程樁基檢測主要采用靜荷載試驗(yàn)、鉆孔取芯、高應(yīng)變動測、低應(yīng)變動測等方法和技術(shù)，這些方法大多屬于破壞性檢測技術(shù)，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(shù)難以取得明顯的檢測效果和較高的經(jīng)濟(jì)效益。
圖1 群樁加固軟土地基的地質(zhì)模型及其GPR響應(yīng)特征
針對上述困難和挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)數(shù)年研究，通過理論推導(dǎo)、模型構(gòu)建、數(shù)值模擬、軟件開發(fā)和現(xiàn)場試驗(yàn)等手段，創(chuàng)新提出了將樁基缺陷檢測轉(zhuǎn)化為地基加固質(zhì)量評價(jià)的思想，構(gòu)建出樁群加固地基的地質(zhì)模型，揭示了群樁條件下地基的地質(zhì)雷達(dá)（Ground Penetrating Radar，GPR）響應(yīng)特征，研發(fā)出GPR多屬性信息提取軟件新技術(shù)，并建立了樁基缺陷檢測及地基加固質(zhì)量評價(jià)的GPR技術(shù)體系。依托甘肅省安臨高速公路建設(shè)項(xiàng)目，研究團(tuán)隊(duì)開展了GPR技術(shù)在DCM樁缺陷檢測及地基加固質(zhì)量評價(jià)中的應(yīng)用實(shí)踐。研究結(jié)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(zhǔn)確識別出樁長和強(qiáng)/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(zhì)量評價(jià)提供了一種快速、高效和經(jīng)濟(jì)的技術(shù)解決方案，填補(bǔ)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(shù)空白。
圖2 GPR屬性解釋結(jié)果
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-39236-4
