Aplicación en proyectos de planificación y construcción urbana

1. Detección de tuberías subterráneas urbanas

Las tuberías subterráneas son una infraestructura importante para la vida humana. Constituyen el sistema nervioso y circulatorio de la ciudad y se encargan de transmitir información, transportar energía y. excretando desechos. Con el rápido desarrollo de la construcción urbana, la ubicación, la dirección y la profundidad de entierro de los cables y tuberías previamente enterrados bajo tierra no están claras. Es fácil excavar y dañar las tuberías durante la construcción y la construcción, causando contaminación y daños ambientales. Por tanto, identificar la distribución de tuberías subterráneas es de gran importancia para la planificación, el diseño, la construcción, la construcción y la gestión urbana.

1. Clasificación y métodos de detección de tuberías subterráneas

(1) Clasificación de tuberías subterráneas

Las tuberías subterráneas se pueden dividir en siete categorías según sus funciones y Ámbitos de aplicación: Tubería de suministro de agua (suministro de agua), tubería de drenaje (aguas residuales, agua de lluvia), tubería de gas (gas de carbón, gas licuado, gas natural), tubería de calor (vapor, agua caliente), tubería industrial (hidrógeno, oxígeno, acetileno, petróleo, descarga de escoria), tuberías, electricidad (suministro eléctrico, alumbrado público, tranvías), cables, telecomunicaciones (llamadas locales, llamadas de larga distancia, radiodifusión, redes cableadas), cables, etc.

Las tuberías subterráneas se pueden dividir en tres categorías según sus propiedades físicas: tuberías metálicas de hierro fundido y acero, como tuberías de suministro de agua, gas, calefacción e industriales, etc.; (acero para uso externo, blindados o revestidos de plomo), como tuberías de energía, telecomunicaciones y redes cableadas, no metálicas, de cemento, cerámicas y materiales plásticos, como tuberías de drenaje, industriales y algunas de abastecimiento de agua, etc.

(2) Método de detección de tuberías subterráneas

En secciones complejas de tuberías o cuando se verifica la calidad de detección de los instrumentos, aún es necesario utilizar una combinación de investigación de pozos y excavación de Orificios de muestra (o sondeo de cono simple) El método se utiliza actualmente ampliamente en medición. Un método que combina la investigación de pozos con la detección de instrumentos.

Desde la perspectiva de los efectos de aplicación y el amplio alcance de aplicación de los instrumentos de detección y las tecnologías de métodos, son el método electromagnético en el dominio de la frecuencia, el método del gradiente magnético, el radar de penetración terrestre y el método de ondas superficiales, etc.

2. Método electromagnético en el dominio de la frecuencia para detectar tuberías subterráneas

(1) Principio del método electromagnético en el dominio de la frecuencia

El método electromagnético en el dominio de la frecuencia utiliza un dispositivo transmisor para detectar el suelo o La tubería emite un campo electromagnético de onda sinusoidal continua, y su frecuencia de funcionamiento es generalmente inferior a 106 Hz, lo que hace que la tubería subterránea con buena conductividad se "cargue" de manera directa (o inductiva) El dispositivo receptor detecta. la corriente que fluye a través de la tubería en el suelo (también llamadas corrientes parásitas). Determine la posición de la tubería observando las reglas cambiantes del campo magnético, como se muestra en la Figura 5-3-1.

Figura 5-3-1 Diagrama esquemático del principio de inducción electromagnética

(2) Método para establecer el campo electromagnético

La detección de tuberías se puede dividir en fuente activa y método pasivo. La fuente activa es una frecuencia de señal seleccionada por el dispositivo transmisor y luego aplicada a la tubería mediante acoplamiento directo (o inductivo). Las fuentes pasivas utilizan ondas electromagnéticas emitidas por estaciones de comunicación ultralargas como fuentes de campo, o utilizan la frecuencia de 50 Hz del propio cable de alimentación para realizar trabajos de detección.

a. Método de acoplamiento directo (método de carga de CA)

Figura 5-3-2 Diagrama esquemático del método de acoplamiento directo

El método de acoplamiento directo consiste en conecte un extremo del dispositivo de transmisión Está conectado directamente al punto de rocío de la tubería (tubería en el pozo) y el otro extremo de la tubería vertical está conectado a tierra. En este momento, la tubería cargada es similar al campo magnético generado. por la corriente en un cable recto infinitamente largo (H=I/2πr). Al detectar la distribución del campo magnético, se puede determinar la posición horizontal y la profundidad de enterramiento de la tubería, como se muestra en la Figura 5-3-2.

b. Método de acoplamiento inductivo

El método de acoplamiento inductivo utiliza una fuente dipolo magnética (dispositivo transmisor) para establecer un campo magnético alterno en el suelo bajo la acción del campo magnético primario. , las tuberías metálicas subterráneas generan corrientes de Foucault y la corriente fluye en la tubería, generando un campo magnético secundario. El receptor de tierra detecta la distribución espacial del campo magnético secundario y determina la ubicación de la tubería, como se muestra en la Figura 5-3. -3.

c. Método de sujeción

Utilice abrazaderas para tuberías para sujetar la tubería y generar un campo magnético anular a su alrededor. Esto también genera una corriente secundaria inducida en la tubería, que se detecta con un. Receptor La distribución espacial del campo magnético secundario y el método de detección se muestran en la Figura 5-3-4.

Figura 5-3-3 Diagrama esquemático del método de inducción electromagnética

Figura 5-3-4 Diagrama esquemático de detección del método de abrazadera

Método trazador

Para tuberías no metálicas, se puede colocar en ella una fuente dipolo magnética alterna móvil o un cable trazador, y un receptor en el suelo rastrea la trayectoria de la fuente (o cable) para detectar la ubicación de la tubería no metálica, como se muestra en la Figura 5-3-5.

(3) Determinación de la ubicación de tuberías subterráneas

a Determinación de la posición horizontal

Para detectar tuberías subterráneas, se tomará el valor máximo de la componente horizontal de se utiliza principalmente la intensidad del campo magnético (Hx, H2x), las características de distribución de la diferencia ΔHx del componente horizontal y el valor mínimo del componente vertical (Hz, H2z) determinan la posición plana de la tubería subterránea.

b. Determinación de la profundidad de enterramiento

Los métodos comúnmente utilizados para determinar la profundidad de enterramiento de tuberías incluyen el método del punto extremo, el método del 70%, el método de medición de 45° y el método de diferencia vertical del componente horizontal.

El método del punto extremo consiste en localizar primero el valor mínimo del componente vertical del campo magnético, luego mantener el estado receptor de la bobina vertical, moverse a lo largo de la dirección de la tubería vertical y encontrar el punto máximo. entre este punto y el punto de posicionamiento está la profundidad de enterramiento, como se muestra en la Figura 5-3-6.

El método del 70% significa que después de encontrar el valor máximo de Hx sobre la tubería, muévase hacia la izquierda y hacia la derecha a lo largo de la dirección vertical de la tubería y mantenga la superficie de la bobina perpendicular al suelo. instrumento se reducirá en un 30% del valor máximo, la distancia horizontal entre ellos es la profundidad de enterramiento de la tubería subterránea, como se muestra en la Figura 5-3-7.

Figura 5-3-5 Diagrama esquemático del método del trazador

Figura 5-3-6 Diagrama esquemático del método de valor máximo para sondeo

Los 45 ° el método de medición es el primero. Después de posicionar utilizando el método de valor mínimo del componente vertical medido del campo magnético, coloque la bobina receptora a 45° con el suelo y luego muévala a lo largo de la dirección vertical de la tubería para encontrar el punto con el valor mínimo. La distancia entre este punto y el punto de posicionamiento es la profundidad del entierro, como se muestra en la figura Como se muestra en 5-3-8.

Figura 5-3-7 Diagrama esquemático del método de detección del 70 %

Figura 5-3-8 Diagrama esquemático del método de 45°

Diferencia vertical del componente horizontal Método (también conocido como método de gradiente) Es decir, un par de bobinas receptoras t y b con rendimiento constante se colocan horizontalmente en la misma línea vertical en un cierto intervalo (D) para medir las intensidades de campo del componente horizontal Ht y Hb directamente encima. el oleoducto. Supongamos que la profundidad enterrada de la tubería es hy la corriente inducida en la tubería es I, entonces la componente horizontal del campo magnético en el punto t en el suelo directamente sobre la tubería es: Ht=I/2πh, y la componente horizontal de el campo magnético en el punto b es Hb=I/2π (h +D), la relación de los dos es Ht/Hb=(h+D)/h, y h=hb·D/(Ht-Hb).

3. Ejemplos de aplicación

La Figura 5-3-9 es el resultado de la detección de dos tuberías de calefacción paralelas con una distancia de 2 m y una profundidad de enterramiento de 0,95 m. Se utilizaron detectores de tuberías de bobina simple GXJ-2 y RD400 de doble bobina, respectivamente. Las mediciones de gradiente se realizaron utilizando la doble bobina RD400.

Primero coloque la bobina transmisora ​​vertical en el medio de las tuberías 1# y 2#. La distancia entre la línea de medición y la bobina transmisora ​​es de 20 m. La tubería vertical se tiende con una distancia entre puntos de 0,25. metro. La línea continua en la figura es el resultado de la detección del RD400 y la línea de puntos es el resultado de la detección del GXJ-2. (a) en la figura es el resultado medido por el método del valor máximo y el método del gradiente. Las posiciones del valor máximo en la figura corresponden a las tuberías respectivamente, pero el valor máximo de ΔHx medido con RD400 es mayor que el valor máximo de Hx. Medido con GXJ-2 obvio. (b) en la figura muestra el resultado real de la medición al usar una bobina vertical para recibir el componente vertical del campo magnético. El punto de valor mínimo no está directamente encima de la tubería, sino que está algo desplazado.

Figura 5-3-9 Los resultados de la detección de dos tuberías paralelas separadas por 2 m y enterradas a una profundidad de 0,95 m

(c) y (d) en la figura se colocan con Bobinas verticales Directamente encima de la tubería #1 para que no induzca campos magnéticos. Solo queda el campo magnético de la tubería 2#, que se mide utilizando el método de valor máximo, el método de gradiente y el método de valor mínimo. Se puede observar que el valor máximo y el valor mínimo corresponden a la tubería 2# respectivamente, y el tubo 1# no tiene señal.

Resultados de detección de profundidad: GXJ-2 es de 1,10 m; el método directo RD400 es de 0,90 m; el método del 70 % es de 0,97 m. La media es de 0,935 m.

2. Selección de sitios y exploración geofísica de los sitios de tratamiento de residuos urbanos.

En la actualidad, el promedio diario de vertido de residuos por persona en las ciudades de mi país es de aproximadamente 1 kg, y está creciendo a un ritmo acelerado. Una tasa anual del 10%, si no se maneja adecuadamente, definitivamente se convertirá en un peligro social.

1. Medidas de eliminación de residuos municipales y requisitos ambientales de los vertederos

Los principales métodos para procesar los residuos municipales son la incineración, el compostaje y los vertederos sanitarios. La mayoría de las ciudades de nuestro país utilizan el método del relleno sanitario, es decir, una capa de basura y una capa de tierra se escalonan y compactan durante la descarga, para finalmente cubrirse con tierra.

Al utilizar el tratamiento de vertedero, primero debe seleccionar un buen sitio y elegir estanques de ríos naturales, depresiones, valles áridos, minas abandonadas y canteras abandonadas de acuerdo con las condiciones locales.

Sin embargo, se deben tomar medidas antifiltración y recolección de gases para minimizar la contaminación del suelo, las fuentes de agua y la atmósfera. Por lo tanto, se deben considerar los siguientes factores geomorfológicos y geológicos al seleccionar un sitio: ① Debe elegirse fuera del área de la llanura aluvial para evitar la escorrentía superficial en la medida de lo posible para evitar que el sitio del vertedero se inunde; ② El sitio debe tener capacidad suficiente y; poder drenar el agua superficial sin problemas ③ Evitar áreas de terremotos, áreas de deslizamientos de tierra, áreas de paso de fallas regionales, depósitos minerales, cuevas, reliquias culturales y hábitats para animales y plantas raros ④ La distancia de las fuentes de agua subterránea y otras fuentes de agua debe ser mayor que; 200 m; ⑤ Vertederos y fondos Debe haber una capa de arcilla de más de 1,5 m de espesor.

2. Investigación de la contaminación de los vertederos

Existen dos tipos principales de contaminación del suelo y de las aguas subterráneas causada por sustancias nocivas presentes en la basura urbana: aceites y soluciones de sales metálicas nocivas. Su contaminación del suelo y las aguas subterráneas tiene el potencial de provocar cambios en los campos geofísicos. Por ejemplo, los aceites pueden aumentar la resistividad del suelo y las aguas subterráneas y reducir su constante dieléctrica; mientras que las soluciones de sales metálicas pueden reducir la resistividad del suelo y las aguas subterráneas, aumentar su constante dieléctrica y mejorar el efecto de polarización inducida. Esto hace posible utilizar métodos de reconocimiento eléctrico y georradar para detectar el alcance y la profundidad de la contaminación.

En mi país, el método de sondeo de resistividad se utilizó para detectar capas de agua subterránea contaminadas por sales de arsénico en Jiangxi, de modo que pudieran bloquearse cuando se explotara el agua subterránea. Dado que la concentración dañina de arsénico en el agua subterránea es muy baja, la resistividad del agua subterránea no cambia significativamente. Sin embargo, después de cooperar con la perforación y las pruebas de agua para determinar la capa de agua contaminada, utilizar el método de resistividad para explorar la distribución y los cambios de esta capa de agua también logró buenos resultados.

El método de polarización inducida utiliza agua subterránea para polarizarse bajo la estimulación de un campo eléctrico artificial para generar un campo eléctrico secundario, y el tamaño del campo eléctrico tiene una cierta relación con la tasa de salinidad del agua subterránea. Por tanto, este método puede utilizarse para detectar la contaminación de las aguas subterráneas.

El radar de penetración terrestre emite ondas electromagnéticas bajo tierra. Las ondas electromagnéticas se reflejarán en la interfaz de medios con diferentes constantes dieléctricas y es más eficaz para detectar el alcance de la contaminación del suelo y las aguas subterráneas. Estados Unidos ha utilizado un radar de penetración terrestre para explorar la profundidad y el alcance de la contaminación del agua subterránea y del suelo causada por los desechos sólidos industriales. La Figura 5-3-10 es parte del registro. En la figura, podemos ver claramente la diferencia entre. Agua subterránea contaminada y agua subterránea no contaminada Existen diferencias obvias en las imágenes del agua subterránea, y los resultados geofísicos son completamente consistentes con los resultados de las pruebas de muestreo de perforación.

Figura 5-3-10 Un ejemplo de radar geológico que detecta contaminación de aguas subterráneas

3. Aplicación del micromovimiento constante en la construcción y planificación urbana.

1. Evaluar el comportamiento sísmico de los edificios

Midiendo la fricción del suelo de un edificio, se pueden obtener sus características de vibración (período dominante y amplitud). Si su frecuencia dominante es cercana o consistente con la frecuencia principal de los terremotos naturales en el área, se deben tomar medidas para mejorar sus características de vibración, como mejorar su desempeño sísmico mediante la construcción de refuerzo sísmico, como se muestra en la Figura 5-3-11. .

Figura 5-3-11 Diagrama esquemático de la medición de fricción constante de un edificio

Para evaluar el comportamiento sísmico de un edificio de tres pisos, se llevó a cabo una fricción constante antes y después de la construcción del refuerzo sísmico. La distribución de puntos de medición es: 5 en la plataforma del techo, 5 en el primer piso y 1 en el suelo exterior de la casa. Se miden dos componentes en la dirección horizontal, la dirección x es consistente con el eje corto del edificio y la dirección y es consistente con el eje largo del edificio.

La Figura 5-3-12 es un cuadro comparativo antes y después de la construcción sísmica de un punto de medición. La imagen superior muestra la forma de onda observada. Después de la construcción, la amplitud de la forma de onda disminuye y la frecuencia aumenta; la imagen del medio muestra la comparación del espectro de potencia; la imagen inferior muestra la relación entre el espectro de potencia del punto de medición y el espectro de potencia del exterior; punto de medición de la superficie. Después de la construcción, la frecuencia dominante aumentó de 1 a 2 Hz.

Figura 5-3-12 Resultados de mediciones frecuentes de micromovimientos de un edificio antes y después de la construcción del refuerzo sísmico

2. Zonificación pequeña de terremotos urbanos

Figura 5 -3-13 muestra la relación entre la tasa de daños a las casas y el período normal de excelencia de inquietud durante varios terremotos importantes en Japón. Se puede ver en la figura que en casi todos los casos, cuando el período excelente de fricción constante es de aproximadamente 0,4 s, la tasa de daño de la casa es mayor. Esto se debe a que las casas japonesas antiguas están hechas básicamente de madera y sus propiedades inherentes. El período es generalmente de 0,4 s. Más o menos, aparentemente el daño a la casa fue causado por la vibración.

Figura 5-3-13 La relación entre la tasa de daños por terremotos en las casas y el período sobresaliente de inquietud regular

En el terremoto de Xingtai de 1966 en la provincia de Hebei, también se encontró que había Existe una correlación entre el desgaste regular y el daño por terremoto.

En áreas donde la superficie del loess es delgada (menos de 10 m) y el período de excelencia es menor a 0,1 s, el daño a las casas es muy leve en áreas donde la superficie del loess es espesa (20 a 30 m) y la excelencia. El período es ligeramente mayor (0,17 a 0,23 s), el daño a las viviendas es grave. En zonas donde el loess es muy espeso (más de 30 m) y el período de excelencia es mayor a 0,23 s, los daños a las viviendas se reducen. Los resultados muestran que parece existir cierta relación entre los daños por terremoto y el período de excelencia. El período de excelencia es la cantidad más importante que indica las características de vibración de la base. Para evitar que el período de vibración natural del edificio sea el mismo que el período sobresaliente del suelo del sitio durante un terremoto, las zonas sísmicas deben dividirse para lograr el propósito de resistencia a terremotos y prevención de desastres.

3. Utilice el período y la amplitud para clasificar los cimientos.

El estándar de la Asociación de Estandarización de la Construcción de Ingeniería de China "Regulaciones técnicas para la medición de microvibraciones del terreno en el sitio" (CES74:95) registra las microvibraciones del terreno en función de la sitio Y curva de frecuencia de período, el suelo del sitio se divide en cuatro categorías:

1) Suelo del sitio duro representado por un lecho de roca o una capa de suelo duro, su componente periódico principal es 0,1 ~ 0,2 s;

2) El suelo duro y grueso del sitio representado por la capa aluvial tiene un componente periódico principal de 0,2.~0,4 s;

3) El suelo duro y grueso del sitio representado por la capa aluvial La principal el componente periódico del suelo blando y grueso del sitio es 0,4~0,6 s;

4) El componente periódico principal del suelo anormalmente blando y grueso representado por el suelo de relleno artificial y el suelo limoso es El componente periódico es 0,6~0,8 s.

El "Código para el diseño sísmico de edificios" (GBJ11-1989) divide los sitios de construcción en cuatro categorías según las diferencias entre terremotos cercanos y lejanos, como se muestra en la Tabla 5-3-1.

Tabla 5-3-1 Períodos característicos de diferentes tipos de suelos del sitio

Figura 5-3-14 Método de clasificación de suelos de cimentación de Kiyo Kanei

El método sugerido por Kiyoshi Kanai de Japón es utilizar los resultados analíticos de la curva período-frecuencia para combinar el período promedio y el período máximo de fricción, el período sobresaliente y la amplitud máxima, y ​​dividir el suelo de cimentación en cuatro categorías, como se muestra. como se muestra en la Figura 5-3-14.

Es decir, la base se vuelve gradualmente más suave de Clase I a Clase IV, y el período de traste se hace más largo. Las cuatro categorías de sitios son las siguientes: Categoría I: lecho rocoso, grava dura y estratos preterciarios; Categoría II: capa de grava, capa aluvial compuesta principalmente de arcilla limosa; Categoría III: capa de arena, capa cohesiva Capa aluvial dominada por suelo y; limo; categoría IV: suelo recién rellenado, limo y capa débil muy gruesa.

A partir de 1981, la nueva ley de diseño sísmico de Japón estipula que las categorías de cimientos se dividen en tres categorías según el período pendiente de fricción del suelo, como se enumera en la Tabla 5-3-2.

Tabla 5-3-2 Tipos de cimientos estipulados en la nueva ley de diseño sísmico de Japón

El método general es utilizar primero el Plan A en la Figura 5-3-14 para determinar si es consistente con el sitio, si hay alguna duda entre los datos geológicos y los resultados de prospección y perforación geofísica anteriores y el tipo de cimentación determinado, entonces realice el juicio y la corrección de acuerdo con el Plan B en la Figura 5-3-14. En gran medida, utilice la siguiente fórmula para la discriminación de síntesis:

Tutorial de Geofísica Ambiental

En la fórmula: A y B se refieren al tipo de cimentación respectivamente, α y β son coeficientes de corrección, y sus valores se muestran en la Tabla 5-3-3.

Tabla 5-3-3

4. Determinar el espectro de respuesta de diseño sísmico

El espectro de respuesta de las especificaciones de diseño sísmico actuales de mi país adopta el espectro α o β. espectro, las dos formas son similares excepto por un coeficiente proporcional. Independientemente del espectro de respuesta que se utilice, se debe considerar el tipo y el período característico del suelo del sitio. La Figura 5-3-15 es un diagrama del coeficiente de influencia del terremoto dado en el "Código para el diseño sísmico de edificios" (GBJ11-1989). α es el coeficiente de influencia del terremoto, α=a/g, donde a es la aceleración del terremoto. y g es la aceleración de la gravedad. α max es el valor máximo del coeficiente de influencia del terremoto. La Figura 5-3-16 es el espectro de respuesta de diseño proporcionado en el "Código de diseño sísmico para ingeniería de carreteras" (JT004-1989). El código estipula gráficamente que el coeficiente de amplificación dinámica β se puede calcular en función del período de vibración natural o período básico. de la dirección de la estructura y del sitio se determina el tipo de suelo.

Figura 5-3-15 Coeficiente de influencia del terremoto α

Figura 5-3-16 Coeficiente de amplificación dinámica β